Allo scoppio della seconda guerra mondiale, lo Zar della Bulgaria Boris III si dichiara neutrale, orientandosi però sempre più verso le potenze dell'Asse ricavandone da esso la restituzione da parte della Romania della Dobrugia meridionale con il trattato di Craiova (7 settembre 1940).
La Romania era molto debole militarmente e quindi facile vittima delle rivendicazioni delle nazioni confinanti, fu costretta cosi' a cedere la parte meridionale di questa sua regione affacciata sul Mar Nero, che aveva conquistato nel 1913 all'indomani della Guerra dei Balcani, che si chiama Cadrilatero.

Il 1 marzo del 1941, quando le truppe naziste, mandate ad invadere la Grecia dalla Romania, raggiunsero i confini bulgari settentrionali e chiesero il permesso di attraversare il territorio la Bulgaria si uni' alle potenze dell'Asse.

Il 2 marzo Le truppe tedesche destinate ad attaccare la Grecia incominciano ad attraversare il Danubio e a riversarsi in territorio bulgaro. Si tratta di forze imponenti: la XII Armata, composta da 5 corpi d’armata (il IV, l‘XI, il XIV, il XVIII e il XXX); il Primo Gruppo corazzato di von Kleist, forte di 3 divisioni, un’altra divisione corazzata, la Seconda, aggregata all’XI corpo d’armata, e infine l’8° Corpo aereo al comando dal gen. Wolfram von Richthofen.

Due giorni dopo, la Gran Bretagna romperà le relazioni diplomatiche con Sofia.

Il 6 aprile 1941, nonostante si fosse ufficialmente unito alle forze dell'Asse, il governo bulgaro manteneva una situazione di passività militare durante le fasi iniziali dell'invasione della Jugoslavia e della Grecia. Quando le truppe tedesche, italiane e ungheresi avanzarono in Jugoslavia ed in Grecia i bulgari rimasero al di là dei loro stessi confini.
Il 20 aprile il periodo di passività della Bulgaria ebbe fine dichiara guerra agli Stati Uniti e alla Gran Bretagna ma non all'Unione Sovietica. Le truppe bulgare occupano i territori greci della Tracia (esclusa Salonicco) e della Macedonia e tutta la Macedonia jugoslava. Rinasce così l'illusoria speranza di ricostituire la grande Bulgaria.

Nel mentre i tedeschi iniziano l'operazione Barbarossa l'invasione tedesca dell'Unione sovietica causò una significante ondata di proteste, che portò in seguito all'inzio di un movimento di guerriglia partigiano capeggiato dal partito comunista bulgaro, che operava di nascosto.
Il 26 luglio, in provincia di Razlog, si forma il primo battaglione partigiano con a capo Nikola Parapunov. In seguito si formano altri battaglioni partigiani a Dupnitza, Karlovo, Batak, Sevlievo ed altre località. Nelle città si organizzano gruppi di sabotaggio e di diversione. I distaccamenti partigiani erano particolarmente attivi nelle aree montane della Bulgaria occidentale e meridionale. All'inizio del 1942 nasce il Fronte Patriottico (Otechestven Front) a cui aderiscono comunisti, socialisti, democratici e agrari e nel marzo del 1943 le bande armate e i gruppi di sabotatori disseminati sulle montagne del paese gettano le basi per la creazione dell'Armata Popolare di Liberazione (NOVA), con un comando unico. Si distinuono le formazioni partigiane "Chavdar", che agisce nella regione di Botevgrad, la "Anton Ivanov" (Rodopi), la "Christo Botev" (Sredna Gora), le formazioni di Rila-Pirin, Tran, Sevlievo, Gabrovo e altre

Il 28 agosto del 1943, dopo una visita in Germania, lo zar bulgaro Boris III morì improvvisamente.Erede al trono è Simeon II, ma data la giovane età dell'erede (6 anni), la reggenza è affidato al trio formato dal principe Cirillo, dal generale Michov, e dal primo ministro Bogdan Filov.

Il 23 agosto 1944, la Romania abbandona l'Asse e dichiara guerra alla Germania e dopo tre giorni il comando generale della NOVA inizia l'insurrezione armata contro il gioverno.

Il 5 settembre l'Unione Sovietica dichiara guerra alla Bulgaria e in soli tre giorni occupano la regione nord-occidentale insieme ai porti principali di Varna e Burgas.

L'8 settembre L'Armata Rossa entra nel territorio bulgaro, dato che all'esercito bulgaro era stato ordinato di non porre resistenza contro i sovietici non incontrarono alcuna resistenza, Da questo momento i bulgari diventano alleati all'Unione Sovietica e il nuovo primo ministro Konstantin Muraviev dichiara guerra contro la Germania. Viene proclamanto il governo del Fornte Patriottico e Kimon Georgiev è nominato primo ministro.

In Macedonia le truppe bulgare, circondate dalle forze tedesche e tradite dai comandanti, si ritirarono all'interno dei vecchi confini. Tre armate bulgare entrarono in Jugoslavia nel settembre del 1944 e mossero da Sofia verso Niš e Skopje con l'obiettivo strategico di bloccare le forze naziste in ritirata dalla Grecia. La Serbia meridionale e orientale e la Macedonia vennero liberate in circa un mese, e la prima armata bulgara proseguì verso l'Ungheria, respingendo i tedeschi ed entrando in Austria nell'aprile del 1945 dove si unirono con l'8a armata britannica nella città di Klagenfurt l'8 maggio 1945.

Come conseguenza della seconda guerra mondiale venne installato in Bulgaria un governo comunista con a capo Georgi Dimitrov. La monarchia venne abolita e lo zar Simeone II venne esiliato.

Il trattato di pace di Parigi del 1947 confermò l'annessione della Dobrugia meridionale, rendendo così la Bulgaria l'unico ex-alleato tedesco ad aver incrementato il proprio territorio in confronto con quello precedente la guerra. Le parti occupate della Macedonia e della Tracia furono rinconsegnate alla Jugoslavia ed alla Grecia, la quale espulse 150.000 bulgari dalla Tracia occidentale.