籍柏林-君士坦丁堡双向铁路线之便利，德国的军事援助很快运抵土耳其。经过几个星期的军事准备，踌躇满志的奥斯曼新政府拒绝履行先前达成的停战条件，巴尔干烽烟再起。
在德国军事顾问团的帮助下，奥斯曼军队在战前制定了详细的作战计划，将各地征调而来的援军集中在首都附近，先从威逼君士坦丁堡的保加利亚军队开刀，以优势兵力和炮火发动反攻，同时在巴尔干南部维持守势；奥斯曼海军以勃兰登堡级战列舰“巴尔巴罗斯海雷丁”号和“图尔吉特雷斯”号组成炮击舰队，在鱼雷艇和潜水艇的掩护下驶出达达尼尔海峡，对保加利亚军队占领的沿海地区实施炮击，装甲巡洋舰“哈米迪赫”号则在舰长拉乌夫的指挥下孤军深入爱琴海域，袭击、捕捉希腊补给船只。
起初两周，奥斯曼军队在东部战线节节胜利，迫使保加利亚军队向战争爆发时的国境线后退，“哈米迪赫”号装甲巡洋舰在爱琴海西北部的哈尔基季基半岛附近海域接连击沉三艘希腊船只，紧接着又转战希腊东部沿海，袭击希腊货轮、渔船，而“巴尔巴罗斯海雷丁”号和“图尔吉特雷斯”号的出动也让巴尔干同盟大为惊恐，希腊海军虽号称有5艘战列舰在役，但两艘是19世纪60年代建造的2000吨级岸防战列舰，三艘是19世纪80年代末、90年代初建造的4800吨级旧式战列舰，加在一起仅能勉强同两艘勃兰登堡级战列舰抗衡，而在意土战争中重创意大利舰队的奥斯曼鱼雷艇群随同出现，令希腊海军失去了与之正面交手的魄力。受此影响，巴尔干联盟的海上运输趋于停滞。
不过，单凭兵员和装备补充无法根治旧式军队的种种顽疾，德国军事顾问团的指点往往很难得到贯彻。得到塞尔维亚军队的增援之后，保加利亚军队逐渐将东部战线稳定在了色雷斯附近，奥斯曼军队几轮进攻皆无果而终，而在巴尔干南部的斯库台，塞尔维亚、门的内哥罗联军迫使遭围困数月的奥斯曼军队投降。不久，巴尔干联军在色雷斯集结重兵，以训练有素的炮兵部队给当面的奥斯曼军队以重创，随后在全线发动反攻。数周之后，联军攻陷奥斯曼军队的重要据点阿得里安堡，并重新逼近君士坦丁堡。
眼看胜利无望，奥斯曼政府只得再次求和。至5月底，奥斯曼帝国与巴尔干同盟签订《伦敦和约》，第一次巴尔干战争正式宣告结束。奥斯曼帝国在欧洲的领土除保留君士坦丁堡及其附近一小块土地外，其余全部割让给了巴尔干同盟国。蒙受如此沉重的损失，奥斯曼帝国仿佛一棵摇摇欲坠的老树，很少有人想到，这样一场惨痛的失利竟让这个延续500多年的封建帝国迎来枯木逢春的变革。执政的青年土耳其党痛定思痛，决意在军事上全面仿效德国——军队接受德国军事顾问团的整编，配以德军制式装备，由此在政治外交上进一步向柏林靠拢。
随着正式合约的签署，巴尔干诸国虽然休兵罢战，但分赃不均的隐患已经埋下，大国利益矛盾依然突出，这些都使得巴尔干半岛日渐成为名副其实的“火药桶”。除此之外，在巴尔干战争中，人们领略到各种新武器、新技术的力量，火炮的射程和射速均较过去有较大幅度的提高，机枪显现出不亚于火炮的杀伤力，并迫使陆军部队在进攻中改用疏散队形，而飞机除进行空中侦察外，还用以实施轰炸，装甲车和无线电等军事技术装备运用正带来一场战术革新。能够从中汲取经验并预测战争技术发展走向的一方势必在下一场战争中占得先机，而那些充耳不闻、固步自封的，则将为自己的迟缓反应付出沉重代价。