Quando iniziò la prima guerra mondiale, la Bulgaria dichiarò una rigorosa neutralità, ma lo zar e un governo germanofilo sotto Vasil Radoslavov incoraggiarono entrambe le parti a chiedere l’intervento della Bulgaria. In questa competizione, le Potenze Centrali (Austria-Ungheria e Impero Tedesco) potevano offrire molto di più a spese della Serbia, della Grecia e, più tardi, della Romania rispetto alla Triplice Intesa (un’alleanza di Gran Bretagna, Francia e Russia), che doveva tenere conto degli interessi dei suoi alleati minori. Durante l’estate del 1915, quando l’equilibrio militare oscillò a favore della Germania, la Bulgaria si impegnò con le Potenze Centrali e dichiarò guerra alla Serbia il 1° ottobre (14 ottobre). Alcune figure politiche neutraliste e pro-entente si opposero, ma nessuna si spinse così lontano come il leader agrario Stamboliyski, che minacciò lo zar e fece un appello alle truppe per resistere alla mobilitazione. Per questi atti fu arrestato e condannato all’ergastolo.
Nell’autunno del 1918, circa 900.000 uomini bulgari, quasi il 40% della popolazione maschile, erano stati coscritti. L’esercito subì 300.000 perdite, di cui 100.000 uccisi, le più gravi perdite pro capite di qualsiasi paese coinvolto nella guerra. Nell’interno, il maltempo e l’assenza di manodopera maschile adulta dimezzarono quasi la produzione di grano, mentre nelle città si soffriva per la scarsità di cibo e carburante e per l’inflazione galoppante. Le “rivolte delle donne” per il cibo iniziarono all’inizio del 1917 e continuarono fino alla fine della guerra. Le rivoluzioni in Russia e le speranze ispirate dall’intervento americano nella guerra e dal piano di pace in quattordici punti del presidente Woodrow Wilson sembravano promettere un cambiamento per i bulgari e contribuirono ulteriormente al crollo dell’ordine civile e della disciplina militare. Nel giugno 1918 la sostituzione del filo-tedesco Radoslavov con Alexander Malinov, un leader dell’opposizione parlamentare, fece sperare in una fine della guerra, ma invece la frustrazione aumentò quando Malinov cedette alla determinazione dello zar Ferdinando a continuare a combattere.
Il 15 settembre 1918 (Nuovo Stile), le forze alleate sul fronte macedone sfondarono le linee bulgare a Dobro Pole. L’esercito si dissolse, poiché molte delle truppe disertarono per tornare a casa, e altre iniziarono una marcia su Sofia per punire lo zar e i capi del partito responsabili della guerra. Ferdinando si rivolse a Stamboliyski, liberando il leader Agrario dalla prigione in cambio della sua promessa di usare la sua influenza per riportare l’ordine tra le truppe. Stamboliyski, tuttavia, si unì alla rivolta e, nel villaggio di Radomir, dove le truppe ribelli erano accampate, proclamò la Bulgaria una repubblica. La ribellione di Radomir ebbe vita breve, poiché l’assalto a Sofia guidato dagli agrari fu respinto dalle forze tedesche e macedoni rimaste fedeli allo zar. Ma questo fornì solo una tregua temporanea. Il governo bulgaro chiese agli alleati un armistizio, che fu firmato il 29 settembre. Quattro giorni dopo lo zar Ferdinando abdicò in favore del figlio Boris III e lasciò il paese.
La Bulgaria fu punita per la sua parte nella prima guerra mondiale con il Trattato di Neuilly, che assegnò la porzione meridionale della regione della Dobrugia alla Romania, una striscia di territorio occidentale che includeva Tsaribrod (ora Dimitrovgrad) e Strumica al Regno dei Serbi, Croati e Sloveni (successivamente chiamato Jugoslavia), e i territori dell’Egeo guadagnati nelle guerre balcaniche agli Alleati, che li consegnarono alla Grecia alla Conferenza di San Remo del 1920. Anche la Bulgaria fu disarmata e sottoposta a un pesante onere di riparazioni.