Quando a Primeira Guerra Mundial começou, a Bulgária declarou estrita neutralidade, mas o czar e um governo germanófilo sob Vasil Radoslavov encorajaram ambos os lados a concorrer à intervenção búlgara. Neste concurso, as potências centrais (Áustria-Hungria e Império Alemão) podiam oferecer muito mais à custa da Sérvia, da Grécia e, mais tarde, da Roménia do que a Tríplice Entente (uma aliança da Grã-Bretanha, França e Rússia), que tinha de ter em conta os interesses dos seus aliados mais pequenos. Durante o verão de 1915, quando o equilíbrio militar oscilou a favor da Alemanha, a Bulgária comprometeu-se com as Potências Centrais e declarou guerra à Sérvia em 1 de outubro (14 de outubro). Algumas das figuras políticas neutras e pró-entente opuseram-se, mas nenhuma foi tão longe como o líder agrário Stamboliyski, que ameaçou o czar e lançou um apelo para que as tropas resistissem à mobilização. Por esses atos ele foi preso e condenado a prisão perpétua.
Até o outono de 1918, aproximadamente 900 mil búlgaros, quase 40% da população masculina, haviam sido recrutados. O exército sofreu 300.000 baixas, incluindo 100.000 mortos, as perdas per capita mais graves de qualquer país envolvido na guerra. No interior, o mau tempo e a ausência de mão-de-obra masculina adulta cortaram a produção de grãos quase pela metade, enquanto os das cidades sofreram com a escassez de alimentos e combustível e com a inflação desenfreada. Os “motins das mulheres” por alimentos começaram no início de 1917 e continuaram até o final da guerra. As revoluções na Rússia e as esperanças inspiradas pela intervenção americana na guerra e pelo plano de paz de 14 pontos do Pres. Woodrow Wilson dos EUA pareciam prometer mudanças para os búlgaros e contribuir ainda mais para a quebra da ordem civil e da disciplina militar. Em junho de 1918, a substituição do pró-alemão Radoslavov por Alexander Malinov, líder da oposição parlamentar, suscitou esperanças de um fim da guerra, mas em vez disso a frustração aumentou à medida que Malinov cedeu à determinação do czar Ferdinand de lutar em.
Em 15 de setembro de 1918 (Novo Estilo), as forças aliadas na frente macedônica romperam as linhas búlgaras em Dobro Pole. O exército dissolveu-se, pois muitas das tropas desertaram para regressar a casa, e outras começaram uma marcha em Sófia para punir os czares e líderes partidários responsáveis pela guerra. Ferdinand voltou-se para Stamboliyski, libertando o líder agrário da prisão em troca da sua promessa de usar a sua influência para restaurar a ordem entre as tropas. Stamboliyski, no entanto, juntou-se à revolta e, na aldeia de Radomir, onde as tropas rebeldes estavam acampadas, proclamou a Bulgária uma república. A Rebelião de Radomir foi de curta duração, pois o assalto liderado pelos agrários a Sófia foi repelido por forças alemãs e macedónias que permaneceram leais ao czar. Mas isto proporcionou apenas uma pausa temporária. O governo búlgaro pediu aos Aliados um armistício, que foi assinado a 29 de Setembro. Quatro dias depois, o czar Ferdinand abdicou a favor de seu filho Boris III e deixou o país.
Bulgária foi punida pela sua parte na Primeira Guerra Mundial pelo Tratado de Neuilly, que atribuiu a parte sul da região de Dobruja à Roménia, uma faixa de território ocidental incluindo o czaribrod (agora Dimitrovgrad) e Strumica ao Reino dos Sérvios, Croatas e Eslovenos (subsequentemente chamado Jugoslávia), e os territórios do Egeu ganhos nas Guerras dos Balcãs aos Aliados, que os entregaram à Grécia na Conferência de San Remo em 1920. A Bulgária também foi desarmada e sujeita a um pesado fardo de reparações.