ralıksız çarpıştığından yorgun olması sebebiyle Bulgar komutanlar arkada başka Osmanlı kuvvetlerinin olabileceğini düşündüğünden kaçan askerleri süvari kuvvetleri ile takipten kaçınmış sadece Kırkkilise'yi ve yakınındaki köy ve kasabaları ele geçirmekle ve Edirne'deki taburların, doğu ordusu ile irtibatlarını kesmekle yetinmişlerdir. Bu durum Osmanlı ordusunu toplu bir imhadan veya daha da ağır kayıplardan korumuştur. Kırkkilise'de toparlandıktan hemen sonra Bulgar 1. ve 3.orduları Lüleburgaz istikametine doğru 25 Ekim'den itibaren ilerlemeye tekrar başladı. General Nazlimof komutasındaki Bulgar süvari tümeni Edirne-İstanbul şosesi boyunca ilerleyerek 25 Ekimde Babaeski'ye hiçbir direnişle karşılaşmaksızın girdi. Ertesi gün 27 Ekim'de Salih Paşa komutasındaki Türk süvari tümeniyle Bulgar süvarileri arasında Lüleburgaz batısında çarpışmalar başladı. Yine Süvarilerinin arkasından 26 Ekimde ileri harekete geçen Bulgar piyade tümenleri, üç günlük bir yürüyüşten sonra, ancak 28 Ekim günü Lüleburgaz mevziinde Osmanlı askerleri ile karşı karşıya geldiler.

Bulgar Ordusu Osmanlıların aksine ordu-kolordu-tümenler şeklinde değil ordu-büyük tümenler şeklinde yapılanmıştır. Bulgar ordusunun bu yapılanması modern bir yapılanma olmasa da, modern silahlar, donanım ve eğitimli asker, subay gücüyle bu açığı kapatabilmekteydi. Bunun yanında Osmanlıların yapılanması modern tarzda olsa da, bu yapılandırma için imparatorluğa yardım eden askeri heyet daha henüz bu işlemi tamamlamadan, Balkan Savaşı başladığından pek çok yönden orduda sorunlar bulunuyordu.

Savaşa başkomutan olarak katılan Bulgaristan Genelkurmay Başkanı İvan Fichev'in komutasında ve alt kademede general Vasil Kutinçev ve Radko Dimitriev yönetimindeki, 1. ve 3. Bulgar Ordusu, 107., 386. Piyade, 116 makineli tüfek ve 360 toptan ilaveten süvari alaylarından ibaretti. Birlikleri piyade yönünden Osmanlılardan az olsa da, top, makineli tüfek yönünden üstündü, lojistik hatları iyi düzenlenmiş ve askerlerin eğitimi tam olması yanında Kırkkilise muharebesinde kazanılan zafer sonrası askerleri moralliydi. Yine cephane akışı da tam olarak sağlanmıştı. Bulgar Orduları şu kuvvetlerden ibaretti.

Bulgar 1. Ordusu, General Vasil Kutinçev komutasında: 1. Sofya Tümeni, 10. Geçici Tümen ve 10. Süvari Alayı.
Bulgar 1. Ordusu, Kırkilise Muharebesi sonrası 3. Piyade Tümeni gibi kuvvetli bir tümenini kuşatma altına alınan Edirne'den Osmanlılara yardım amaçlı bir saldırı tehlikesine karşı geride bırakmıştı. Bu durumda bu orduyu epey zayıflatmıştı.

Bulgar 3. Ordusu, General Radko Dimitriev komutasında: 4. Breslav Piyade Tümeni (Tümgeneral: Kliment Boyadzhiev) , 5. Tuna Piyade Tümeni (Tümgeneral Pavel Hristov), 6. Vidin Piyade Tümeni (Tümgeneral Pravoslav Tenev), 8. Süvari Alayı ve 3 adet topçu taburu.

Bulgar Ordusunun bu muharebedeki en güçlü tümenleri bu ordudaydı.

Bulgar Ordusunun planı da basitti. Bulgar 3. Ordusu cepheden saldırıya geçip ön kısmındaki Osmanlı tümenlerini (1. ve 2. Doğu Orduları) geri çekilmeye mecbur ederken, zayıf olan Bulgar 1. Ordusu ise Bulgar sol kanadından (güneyden) çevirme harekatına girişip, Osmanlı 1. Doğu Ordusu'nu geriletip, Osmanlı hatlarını arkadan kuşatacak ve kuşatılan Osmanlı Kuvvetleri yok edilecek veya geri çekilmeye mecbur edilecekti. Bununla birlikte Bulgar Ordusu alışılmadık bir şekilde bütün süvari kuvvetlerini kanatlarda veya ön hatlarda değil, piyade ve topçu taburlarının arkasında cephe gerisinde, merkez de konuşlandırdı. Bu konuşlandırma ile süvari alaylarının savaş esnasında zor duruma düşen veyahut çevirme yapılması gereken kanada gönderip Osmanlı ordusunu iyice zora düşürmeyi hedeflediler. Bir bakıma planlarında değişen duruma göre süvarileri ile muharebeye ve savaş planlarına esneklik kazandırmayı benimsediler ki; Bulgar komutanların bu hareketi muharebenin ileri safhasında büyük kazançlar sağlamıştır. Muharebede Bulgarlar süvari alaylarını Osmanlı 1. Ordusu'nu güneyden çevirmek için kullanmışlardır.

Osmanlı ordusunun 1., 2. ve 4. kolorduları 25 Ekim günü Lüleburgaz yönünde, şehrin yakınında coğrafik açıdan savunmaya en elverişli hat olarak kabul edilen Lüleburgaz-Pınarhisar hattı boyunca savunma hattına doğru yığıldı. Bu arada doğu ordusuna, kaybettiği ve Edirne'de kuşatma altında bıraktığı tümenlere bir kısım yakından takviye birlikler gönderilmeye başlandı. Ancak gelen takviyeler nizami birlikler getirilemediğinden, daha çok acemi redif askerlerinden oluşuyordu. Başkumandan vekili Nazım Paşa 25 Ekimde yola çıkarak 26 Ekim'de Çerkezköye kadar geldi. Doğu Ordusu'nun karargahı Çorlu'ya kurulmuştu. Nazım Paşa, başlangıçta Ergene Nehrine kadar ordunun çekilmesi emrini verse de sonrasında fikir değiştirip Lüleburgaz'da yeni bir muharebenin yapılması ve Bulgar Ordusunun burada karşılanması kararını verdi. Diğer kolordu komutanları Nazım Paşa ile aynı fikirde olsalar da Doğu Ordusu komutanı Birinci Ferik Abdullah Paşa, Genelkurmay Başkanı ve kolordu komutanları ile aynı fikre sahip değildi. Ona göre savunmaya elverişli bir diğer hat olan Çorlu hattına bütün birlikler çekilip burada savunma amaçlı muharebe yapılmalıydı. Bunun üzerine Abdullah Paşa, Nazım Paşa'nın yanına giderek doğu ordusu komutanlığından istifasını istedi ancak istifası kabul edilmedi. Nazım Paşa, 27 Ekim günü, Lüleburgaz hattının savunulması hakkındaki kesin emrini verdi. Böylece Osmanlı Ordusu muharebe organizasyonunu hazırlamakta gecikmiş, zaman kaybına uğramış oldu. Bir diğer Osmanlı ordusunun uğradığı zaman kaybı da Abdullah Paşa istifasının kabul edilmemesi akabinde cepheye dönerken Nazım Paşa'nın doğu kolordusunun yeniden yapılandırılması yönündeki emridir. Bu emri neticesi yetişen redif tümenleri ile birlikte doğu ordusu 1. Doğu Ordusu ve 2. Doğu Ordusu olarak ikiye ayrılmıştır ve 2 günde yeniden yapılandırılmıştır. Doğu ordusu komutanı Abdullah Paşa'nın bile dahil olduğu pek çok komutan bu durumu ancak 28 Ekim sonrası öğrenebilmiştir; bu tarihte de Bulgarlar öncü saldırılarına başlamıştır. Nazım Paşa'nın bu emri hem zaman kaybına neden olmuş hem de ordu içinde yönetim karışıklıklarına neden olmuştur; bu durum muharebede en çok bulgar ordusunun işine yaramıştır. Bunun yanında Osmanlı ordusu gelen takviyelerle 126.000 asker, 96 makineli tüfek ve 342 topa sahiptir, ayrıca 3.500 kişilik süvari kuvveti bulunmaktadır. Asker yönünden Osmanlılar fazla olsa da top ve makineli tüfek yönünden Bulgarlar üstündü. Bunun yanında Osmanlıların alaylarının büyük kısmı tıpkı Kırkkilise muharebesindeki gibi redif askerlerinden oluşmaktaydı ve nizami asker takviyesi fazla yapılamamıştı. Diğer yandan takviye olarak gelen 17. ve 18. kolordular cepheye 28 Eylül'de henüz tam olarak ulaşamamışlardı.

Nazım Paşa Osmanlı Ordusu'nu şu şekilde düzenlenmişti:
Kendisinin altında 2 orduya da emir verecek olan Birinci Ferik Abdullah Paşa
1. Doğu Ordusu - Abuk Ahmet Paşa tarafından yönetilen 3 kolordu ve bir süvari tümeninden oluşacaktı. 
I. Kolordu: 2. (eksik alay) Piyade Tümeni, 3. Piyade Tümeni, 1. Geçici Piyade Tümeni ve Uşak Redif Tümeninden oluşacaktı.
II. Kolordu: 4. (eksik alay) Piyade Tümeni, 5.piyade tümeni, Kastamonu Redif Tümeninden oluşacaktı.
IV. Kolordu: 12. (eksik alay) Piyade Tümeni, İzmit Redif Tümeni ve Çanakkale Redif Tümeninden oluşacaktı. 
Ayrıca bu ordu emrine "bağımsız süvari tümeni" verilmişti. 
2. Doğu Ordusu - Hamdi Paşa tarafından yönetilen 3 kolordu ve 1 süvari tümeninden oluşmaktaydı.
III. Kolordu (Mahmut Muhtar Paşa Komutasında): 7. (eksik alay), 8. (eksik alay) ve 9. (eksik alay) Piyade Tümenleri; Konya Redif Tümeni, Amasya Redif tümeninden oluşmaktaydı.
XVII. Geçici Kolordu: Samsun Redif Tümeni, Ereğli Redif Tümeni ve Trabzon Redif Tümeninden oluşmaktaydı.
XVIII. Geçici Kolordu: Yozgat Redif Tümeni, Ankara Redif Tümeni ve Aydın Redif Tümeninden oluşmaktaydı.
Ayrıca "5. Hafif süvari alayı" bu ordu emrine verilmişti.

Yapılandırma yanında birde Nazım Paşa, Abdullah Paşa'yı atlayıp başkumandan olarak onun yerine kendisi bir harekat planı hazırladı ki bundan Abdullah Paşa'nın ancak 28 Eylülde Bulgar saldırısı başladığı esnada cepheye döndüğü vakit haberi olabildi. Nazım Paşa'nın hazırladığı harekat planı şu şekilde idi: 1. Ordu güneyde Bulgar ordusunu oyalarken, mevzii savaşları içine çekerken 2. Ordu Pınarhisar yönüne saldıracak ve düşmanı (Bulgar 3. Ordusu) geri çekilmeye zorlayıp ardından Bulgar 1. Ordusu'nu kuşatacak veya 1. Orduyu, Osmanlı doğu 1. ve 2. Ordu kuşatmalarıyla zor duruma düşürüp, 3. Ordu gibi geri çekilmek zorunda bırakacaktı. Bununla birlikte iş Osmanlı 1. Ordusunun ne kadar süre dayanacağına bağlıydı. Bulgar 1. Ordusu her ne kadar gücü zayıflamış olsa da, yine de güçlü 2 tümene sahip olmakla birlikte morali son derece iyiydi. Dahası 1. Ordu olarak görevlendirilen tümenlerin çoğu Kırkkilise muharebesinde önemli sayıda top ve mühimmatı cephede terk ettiklerinden bu kadar kısa sürede yeterli miktarda top takviyesi yapılamadığından bu yönden son derece zayıftılar.

Diğer bir sorunda birlikler arasında iletişimin kopukluğuydu. Zira Osmanlı'nın haberleşme ve ikmal hatları oldukça kötü durumda olup bu iki ordu arasında koordinasyonsuzluk dışında ordu içindeki tümenler arasında da bile koordinasyon zayıftı ve bu sebeple de facto olarak harekat farklı komutanlarca yönetildi. Muharebede Nazım Paşa'nın hemen altında 2 ordunun komutanı olması gereken Birinci Ferik Abdullah Paşa fiilen sadece Osmanlı 1. Ordusu'nu yönetebilmiş ve Abuk Ahmet Paşa kendi kolordusunu sadece yönetmek zorunda kalmış, Osmanlı 2. Ordusu'nun bütün harekat yönetimini de Hamdi Paşa değil ileri hatlarda bulunan 3. Kolordu komutanı Mahmud Muhtar Paşa yapmak zorunda kalmıştır.

Bunun yanında Kırkkilise Muharebesi Osmanlı ordusunun Kırklareli'ni kaybetmesi ile birlikte Ahmet Muhtar Paşa başkanlığındaki Osmanlı hükümeti 28 ekim günü istifa etti bu hükümet yerine Kamil paşa hükümeti kuruldu, bu hükümette de Nazım Paşa, savunma bakanlığı ve başkumandan vekilliği konumunu korudu.

28 Ekim 1912 günü, Kırklareli savaşından beş gün sonra mevziin Güney Kanadında Bulgar ordusunun saldırıları ile süvari