Після того, як наступ болгар на Чаталджі захлинувся, облога Едірне затягнулася, чорногорці безуспішно обклали Шкодер, а турки побоювалися наближення болгар до Стамбулу, почалися переговори про перемир'я. Переговори були схвалені країнами Європи, які побоювалися вступу у війну нових країн. До того моменту в Європі склалася небезпечна ситуація, оскільки Австро-Угорщина готова була вступити у війну на боці Туреччини через острах посилення про-російського Балканського союзу. Австро-Угорська імперія могла залучити до конфлікт нові європейські держави, що загрожувало нової загальноєвропейської війною.
Болгарської армії необхідно було відпочити і поповнити запас провізії і боєприпасів, а турецька зазнала значних втрат на всіх театрах війни, тому сторони не поспішали підписувати договір і затягували переговори. Спочатку Балканський союз вимагав здачі Едірне і Чаталджінскіх позицій, незабаром ці вимоги були відхилені, але на цей раз болгари вимагали відходу турецьких військ в Сан-Стефано. Весь цей час йшла позиційна війна під Шкодер, Едірне і Чаталджі.
1. Війська обох воюючих сторін залишаються на позиціях, на яких вони перебували до підписання договору.
2. У обложені турецькі міста не будуть надходити провізія, боєприпаси, ліки та ін.
3. Сили Балканського союзу, що знаходяться на фронті, можуть забезпечуватися усім необхідним по контрольованим ними шляхами сполучення і по Чорному морю, де знаходився турецький флот
Відновлення військових дій
Болгари були задоволені ситуацією, що склалася. Вони хотіли за допомогою блокади примусити турків до здачі фортеці, але нічого не вийшло. Болгарське командування почало розробляти план штурму міста. Планувалося завдати головний удар по північно-західній частині міста, повз яку проходила залізниця. Саме сюди болгари мали можливість підвозити на поїздах артилерійські знаряддя і піхоту. Існував і запасний план, згідно з яким удар повинен проводитися на східну частину міста. Турки не очікували такого повороту подій, так як на сході міста не проходило якісних доріг і залізничних колій, по яких можна доставляти боєприпаси і підкріплення. Болгари вирішили застосувати для підвезення боєприпасів буйволів.
Болгари застали турок зненацька. Передові позиції турецьких військ перебували на окраїнах міста поза фортеці. Болгарські солдати під гуркіт артилерійських знарядь непомітно підкралися до окопів противника, розташувавшись від них на відстані 50 кроків. Після цього болгари раптово кинулися на турків в окопах з криками. Перш ніж турецька піхота зуміла оговтатися, болгари вже спустилися в окопи і почали рукопашний бій. Через півгодини все передові турецькі позиції були зайняті 2-й болгарської армією. З захоплених 8 кулеметів і 20 гармат болгари відкрили вогонь в спину біжить до фортеці туркам, як це зробили чорногорці при перетині турецького кордону на самому початку війни. Тепер турки виявилися заблоковані в Адріанопольської фортеці.
У Першій Балканській війні використовувалося зброю, раніше жодного разу не застосовувалося на території Європи і в світі взагалі. Це були аероплани, аеростати, бронеавтомобілі. Авіація вперше була застосована для військових дій і бомбардувань супротивника. У Першій Балканській війні було випробувано зброю, пізніше масово застосовувалося в Першій світовій війні.
30 травня 1913 року, після місяця окопної війни, Османська імперія з одного боку і Греція, Болгарія, Сербія і Чорногорія з іншого підписали в Лондоні мирний договір. Фактично з часу невдалого перемир'я нічого особливо не змінилося, тільки Едірне упав і тепер Туреччина не могла претендувати на нього. Згідно договору:
1. З моменту підписання договору між Балканським союзом і Османською імперією встановлювався «світ на вічні часи».
2. Османська імперія віддавала під контроль Балканського союзу майже всі свої європейські володіння (крім Албанії, статус якої був обговорений пізніше, Стамбула та його околиць).
3. Великі держави повинні були почати переговори по статусу Албанії і забезпечити її безпеку.
4. Османська імперія відмовлялася від Криту на користь Балканського союзу.
5. Великі держави повинні були почати опіку над турками, які проживають на островах Егейського моря і його узбережжях (крім Криту і околиць гори Афон).
6. У Парижі скликалася спеціальна комісія з врегулювання економічних наслідків війни.
7. Решта післявоєнні питання (про військовополонених, торгівлі, відносинах і ін.) Повинні бути врегульовані окремими, більш спеціалізованими договорами.
Хоча Османська імперія відмовилася від більшої частини своїх володінь в Європі на користь Балканського союзу, залишався один нюанс. Країни-члени союзу повинні були самі, без іноземного посередництва, поділити завойовані території. Це було проблемно, так як греки бажали об'єднання всіх узбереж Егейського моря в єдину Грецію, болгарський уряд хотіло створити Велику Болгарію, серби - виходу до Адріатичного моря і найбільшого розширення кордонів своєї країни, чорногорці - приєднання півночі Албанії до королівства Чорногорія. Таким чином, між союзниками виникла суперечка про приналежність Македонії, Фракії, півночі Албанії. Жодна з держав-засновників Балканського союзу не було задоволено в повній мірі Лондонським договором і результатом війни. Сербія не отримала доступу до Адріатики через утворення нової держави Албанія, Чорногорія не зайняла Шкодер, Греція не приєднала до себе Фракію. Болгарія була незадоволена претензіями сербів на Македонію, і вже через кілька місяців після підписання миру з Туреччиною почалася Друга Балканська війна. підсумки якої стали однією з причин Першої світової.
По тому ж Лондонським договором були строго обумовлені кордону Албанської держави. Сербія приєднала до себе Косово, яке в складі Османської імперії було одним з албанських вілайятів, і північно-західну частину Македонії, також населену албанцями, тому ці регіони не ввійшли до складу Албанії. До Другої світової війни албанські кордону не переглядалися. В ході Другої світової виникла так звана Велика Албанія, над якою був встановлений італійський протекторат. Після поразки країн Осі кордону знову були встановлені за Лондонським мирним договором, і більше ніколи не переглядалися. Незважаючи на це, поза Албанії в Югославії як і раніше залишалося албанське населення.