Yaklaşık bir yıldır vatanın uzak bir parçasını düşmana karşı kahramanca koruyan Mustafa Kemal, Ouchy (Uşi) Antlaşması’na daha tepkisini bile gösteremeden Balkan devletlerinin saldırılarıyla savaş başlayınca ve peş peşe alınan felaket haberleri üzerine derhal muharebe alanında görev almak istedi (24 Ekim 1912). Hemen yola çıkan Mustafa Kemal, Mısır’a geldiğinde Komanova yenilgisini, Selanik’in düştüğünü, Bulgarların Çatalca önlerine kadar ilerlediklerini haber alınca büyük bir üzüntü duydu. Türk ordularının bu kadar çabuk ve kolay yenilebileceklerine bir türlü inanmak istemiyordu.
Bir an önce savaşa katılmak arzusuna rağmen yolların kapalı olması yüzünden Romanya üzerinden İstanbul’a ulaşabildi. Gelir gelmez savaşın gidişatı hakkında incelemelerde bulundu ve durumu tahmin ettiğinden daha kötü buldu. Gelibolu yarımadası kuzeyindeki berzahın, İstanbul’un savunması açısından taşıdığı önem konusunda Başkumandanlığı uyardı. Bunun üzerine kendisini Bahrisefit Boğazı Kuvvayı Mürettebesi Harekât Şubesi Müdürlüğü’ne tayin ettiler (25 Kasım 1912). Bu kolordu daha sonra Bolayır Kolordusu ismini almış ve Mustafa Kemal de kurmay başkanlığına atanmıştır.
Bu görev esnasında Bolayır ve Gelibolu’da bulunan Mustafa Kemal, muhtemel bir düşman saldırısı karşısında Çanakkale Boğazı’nın nasıl savunulabileceğine dair incelemeler yapmak fırsatını buldu. Bolayır’da iken 1 Mart 1913’te yarbaylığa terfi etti. Edirne’nin kurtarılması için birtakım akılcı önerilen sundu ise de dikkate alınmadı.
Aylardır kuşatma altında bulunan Edirne, 26 Mart 1913 günü Bulgar saldırısı sonucunda düşünce, Osmanlı Devleti, Enes-Midye çizgisinin ötesinde kalan tüm Rumeli topraklarını Londra’da imzaladığı anlaşma ile terk etmek zorunda kaldı. Ancak çok geçmeden Balkan devletleri, kazandıkları toprakları paylaşamadıklarından aralarında 5 Temmuz 1913’te savaş başladı. Sırp, Yunan ve Romen ordularından oluşan müttefik güçler, Bulgar ordusunu yenilgiye uğrattılar. Bu fırsatı değerlendirmek isteyen Osmanlı Devleti orduları Trakya’da saldırıya geçti. Mustafa Kemal’in kurmay başkanlığını yaptığı Bolayır’daki kolordu da Dimetoka ve Edirne üzerine yürüdü. Edirne’ye ilk giren birlik, başlarında Mustafa Kemal’in bulunduğu Bolayır kolordusuna bağlı tugaya aitti (22 Temmuz 1913).
Ancak bu olay dolayısıyla yine Enver’in adı anıldı ve onun Edirne’yi kurtardığı söylendi. Gerçekte Edirne’ye ilk girenler arasında bulunan Mustafa Kemal’den hiç söz edilmedi. Balkan Savaşları, Mustafa Kemal’i sarsan acı olaylardan biri olmuştur. O, devletin başına gelecekleri önlemek maksadıyla daha önceden defalarca ordunun siyasetten ayrılması gerektiğini anlatmaya çalışmış ve hatta bu yüzden ittihatçılarla bozuşmuş, ordunun modernleştirilmesi ve iyi eğitilmesi için gayret ve çaba göstermiş, askerin eğitimi ile ilgili kitaplar yazmış, çeviriler yapmış ve bilgili komutanların sevk ve idarelerinde büyük işler başarılabileceğini göstermişti.
Selanik’te bulunduğu yıllarda O, Balkan devletleriyle çıkabilecek muhtemel bir savaş halinde Batı Trakya’dan bir kolordu kaydırarak Doğu Trakya’da Ergene ırmağı civarında toplanacak ordu ile Bulgarlara karşı saldırıya geçmeyi, bunun dışındaki bölgelerde kesin sonuçlu muharebelere girişmemeyi planlardı. Savaş esnasında ise onun düşündüklerinin hiç biri yapılmadı. Balkan yenilgisi, Mustafa Kemal’in yüreğinde çok derin acılar bıraktı. O, sadece her zerresi Türk kanı ile sulanarak vatan haline getirilen Rumeli’nin kaybına üzülmekle kalmıyor, aynı zamanda doğduğu büyüdüğü, yıllarca havasını teneffüs ettiği Selanik’in adeta tek kurşun atılmadan düşmana teslim edilmesinin ızdırabını yaşıyordu.