Въпреки че балканските съюзници воюват заедно срещу общия враг – Османската империя, това не е достатъчно, за да преодолеят взаимното си съперничество. В оригиналния документ за Балканската лига Сърбия обещава на България по-голямата част от Македония. Но преди първата война да е приключила, Сърбия (в нарушение на предишното споразумение) и Гърция разкриват плана си да запазят владението на териториите, които техните сили са окупирали. Този акт кара цар Фердинанд да нападне своите “съюзници”. Втората Балканска война избухва на 29 (16) юни 1913 г. , когато България напада бившите си съюзници в Първата Балканска война, Сърбия и Гърция, докато Черна гора и Османската империя се намесват по-късно срещу България, като Румъния атакува България от север в нарушение на мирен договор.
Когато гръцката армия влиза в Солун през Първата балканска война, изпреварвайки само с един ден българската 7-ма дивизия, тя е помолена да позволи на български батальон да влезе в града. Гърция приема, като в замяна иска допускане на гръцка част да влезе в град Серес. Българската част, която влиза в Солун, се оказва 18-хилядна дивизия, а не батальон, което предизвиква безпокойство у гърците, които гледат на това като на български опит да установят кондоминиум над града. При тази ситуация, поради спешно необходимите подкрепления на тракийския фронт, българският щаб скоро е принуден да изтегли войските си от града (докато гърците се съгласяват по взаимен договор да премахнат частите си, базирани в Серес) и да ги транспортира до Дедеагач (съвременен Александруполис), но оставят зад гърба си батальон, който започна да укрепва позициите си.
Гърция също е позволила на българите да контролират участъка от железопътната линия Солун-Истанбул, която лежи в окупираната от Гърция територия, тъй като България контролира по-голямата част от тази железопътна линия към Тракия. След края на операциите в Тракия и потвърждавайки гръцките опасения, България не е доволна от територията, която контролира в Македония и незабавно иска Гърция да се откаже от контрола си над Солун и земята на север от Пиерия, като на практика предава цяла гръцка Македония. Тези искания, заедно с българския отказ да демобилизира армията си, след като Лондонският договор сложи край на общата война срещу османците, притесняват Гърция, която решава също да остави армията си мобилизирана. Месец след началото на Втората Балканска война българската общност в Солун вече не съществува, тъй като стотици дългогодишни местни българи са арестувани. Хиляда и триста български войници и около петстотин комитаджии също са арестувани и изпратени в гръцки затвори. През ноември 1913 г. българите са принудени да признаят поражението си, тъй като гърците получават международно признание за претенциите си за Солун.
По подобен начин в съвременна Северна Македония напрежението между Сърбия и България поради аспирациите на последната над Вардарска Македония генерира много инциденти между съответните им армии, което кара Сърбия да поддържа армията си мобилизирана. Сърбия и Гърция предлагат всяка от трите страни да намали армията си с една четвърт, като първа стъпка към мирно решение, но България отхвърля плана. Виждайки предзнаменованията, Гърция и Сърбия започват поредица от преговори и подписват договор на 1 юни (19 май) 1913 г. С този договор между двете страни е договорена взаимна граница, заедно със споразумение за взаимна военна и дипломатическа подкрепа в случай на българско и/или австро-унгарско нападение. Руският цар Николай II, тъй като е добре информиран, се опитва да спре предстоящия конфликт на 8 юни, като изпраща идентично лично послание до царете на България и Сърбия, предлагайки да действа като арбитър според разпоредбите на Сръбско-българския договор от 1912 г. Но България, като обвързва приемането на руския арбитраж с условие, на практика отказва всякаква дискусия, карайки Русия да се откаже от съюза си с България (руско-българската военна конвенция, подписана на 31 май 1902 г.).
Сърбите и гърците имат военно предимство в навечерието на войната, тъй като армиите им се изправят срещу сравнително слаби османски сили в Първата балканска война и претърпяват сравнително леки загуби, докато българите участват в тежки боеве в Тракия срещу най-силните османски части. Сърбите и гърците имат време да укрепят позициите си в Македония. Българите също имаха някои предимства, контролирайки вътрешните комуникации и снабдителни линии.
На 29 (16) юни 1913 г. генерал Савов, по пряка заповед на цар Фердинанд I, издава заповеди за нападение срещу Гърция и Сърбия, без да се консултира с българското правителство и без официално обявяване на война. През нощта на 30 (17) юни 1913 г. те атакуват сръбската армия при река Брегалница, а след това гръцката армия в Нигрита. Сръбската армия устоява на внезапната нощна атака, като повечето от войниците дори не знаят с кого се бият, тъй като българските лагери са разположени до сръбските и се смятат за съюзници. Силите на Черна гора са само на няколко километра и също се включват в битката. Българската атака е спряна.
Отстъпва по план за два дни, докато Солун е прочистен от останалия български полк. След това гръцката армия контраатакува и побеждава българите при Кукуш (Кукуш), след което предимно българският град е разграбен и опожарен, а част от предимно българското му население избито от гръцката армия.След превземането на Кукуш темпото на гръцката армия не е достатъчно бързо, за да предотврати ответното унищожаване на Нигрита, Серес и Доксато. По време на настъплението си гърците извършват нови военни престъпления срещу българското население – общо около 160 български села са унищожени и по-голямата част от населението им е прогонено, с множество нови кланета на българско цивилно население. След това гръцката армия разделя силите си и настъпва в две направления. Част продължава на изток и окупира Западна Тракия. Останалата част от гръцката армия настъпва до долината на река Струма, разбива българската армия в битките при Дойран и планината Белес и продължава настъплението си на север към София. В Кресненското дефиле гърците попадат в засада от българските 2-ра и 1-ва армии, новопристигнали от сръбския фронт, които вече са заели отбранителни позиции там след българската победа при Калиманци.
До 30 юли гръцката армия е превъзхождана числено от контраатакуващата българска армия, която се опитва да обкръжи гърците в битка от типа на Кана, като упражнява натиск върху техните флангове.Гръцката армия е изтощена и изправена пред логистични трудности. Битката продължава 11 дни, между 29 юли и 9 август в над 20 км лабиринт от гори и планини без завършек. Гръцкият крал, виждайки, че частите, с които се бие, са от сръбския фронт, се опитва да убеди сърбите да подновят атаката си, тъй като фронтът пред тях вече е по-тънък, но сърбите отказват. Дотогава идват новини за румънското настъпление към София и нейното предстоящо падане. Изправен пред опасността от обкръжение, Константин осъзнава, че армията му вече не може да продължи военните действия. Така той се съгласява с предложението на Елефтериос Венизелос и приема българското искане за примирие, предадено през Румъния.
Румъния мобилизира армия и обявява война на България на 10 юли (27 юни), тъй като от 28 (15) юни официално предупреждава България, че няма да остане неутрална в нова Балканска война, поради отказа на България да отстъпи крепостта Силистра, както е обещано преди Първата балканска война в замяна на румънски неутралитет. Нейните сили срещат слаба съпротива и докато гърците приемат българското искане за примирие, те са достигнали Враждебна, на 11 км от центъра на София.
Виждайки военното положение на българската армия, османците решават да се намесят. Те нападат и, не намирайки съпротива, успяват да си върнат всички свои земи, които бяха официално отстъпени на България като част от Софийската конференция през 1914 г., т.е. Тракия с нейния укрепен град Адрианопол, възвръщайки си територия в Европа, която е само малко по-голяма от днешната европейска територия на Република Турция.
