Balkanfjellene starter fra Timokdalen i Serbia og går sørover mot Sofiadalen vest i sentrale deler av Bulgaria. Herfra går de østover mot Svartehavet. Balkanfjellene er omtrent 600 km lange og 30 til 50 km brede. De er på sitt høyeste sentralt i Bulgaria, der Botev, det høyeste punktet, strekker seg opp til 2 376 meter. Fjellkjeden blir så gradvis lavere ned mot Svartehavet. Gjennom det meste av Bulgaria danner Balkanfjellene vannskillet for elvene som renner nordover og ut i Donau eller sørover og ut i Egeerhavet. Enkelte mindre elver i øst renner også direkte ut i Svartehavet. Sredna Gora, en smal rygg med en lengde på 160 km og en høyde på rundt 1 600 meter, går fra øst til vest parallelt med Balkanfjellene. Mellom disse to fjellkjedene ligger Rozovadalen (Rosedalen), som er kjent for rosenoljer som brukes i parfyme og likører.