От 9 до 11 октомври 1912 г. Трета и част от Първа армия провеждат Лозенградската настъпателна операция. Първа армия трябва да неутрализира действията на Одринския гарнизон, а Трета армия получава задача да овладее укрепения пункт Лозенград.

Разположението на Трета армия остава неизвестно за противника. Това позволява да се постигне стратегическа изненада при нанасянето на главния удар. На 9 октомври войските на двете страни настъпват почти едновременно. По линията Одрин – Лозенград се водят ожесточени срещни боеве. Неприятелят е спрян при Ескиполос – Ериклер и отхвърлен към Лозенград.

Османското командване се опитва да организира отбрана, но българските части достигат подстъпите на града с нощни действия. На 11 октомври вражеската отбрана е пробита. Трета армия под командването на генерал-лейтенант Радко Димитриев овладява Лозенградската крепост – втората по сила в Източна Тракия.

С операцията е нанесен мощен удар на противниковата Източна армия. Напълно дезорганизирана, тя отстъпва на юг и изоставя по пътя цялото си тежко въоръжение. Новината за българската победа бързо се разпространява. Овладяването на Лозенград е оценено като „един от най-големите триумфи, каквито въобще военната история познава“.