Летом 1875 г. разразился новый ближневосточный кризис. Несмотря на требования европейских держав, Турция отказывалась уравнять в правах с мусульманами христианское население провинций Болгария, Босния и Герцеговина. В Боснии и Герцеговине вспыхнули восстания. Военные действия в Средней Азии и ненадежность союзников заставляли русское правительство избегать военного конфликта и искать дипломатического решения вопроса. Участники "Союза трех императоров" по инициативе А.М. Горчакова в мае 1876 г. подписали Берлинский меморандум, поддержавший боснийцев. В апреле 1876 г. восстали болгары. Турецкие войска начали массовое истребление болгарского населения. 30 июля 1876 г. Сербия и Черногория объявили войну Турции. Не добившись уступок дипломатическими средствами, 12 апреля 1877 г. Александр II издал манифест о войне с Турцией. В тот же день русские армии направились через Румынию к Дунаю. В июне 1877 г. русская армия форсировала Дунай. 7 июля передовой отряд генерала И.В. Гурко овладел Шипкинским перевалом через Балканы и удерживал его под напором постоянно атаковавшего противника до декабря. Западный отряд под командованием генерала Н.П. Криденера занял крепость Никополь, но не успел опередить двигавшихся к Плевне турок. В результате несколько попыток взять крепость штурмом окончились неудачей, и с осени русские войска приступили к осаде Плевны.

В восточной части Болгарии Рущукский отряд под командованием цесаревича Александра Александровича блокировал турецкую армию в крепостях Шумла, Варна, Силистрия. В конце ноября Плевна капитулировала. В это же время начали наступление сербские армии. Используя благоприятную ситуацию, отряд генерала Гурко 13 декабря совершил героический переход через Балканы и занял Софию. Отряд генерала Ф.Ф. Радецкого, пройдя через Шипкинский перевал, разбил противника у Шейново. Заняв Филиппополь (Пловдив) и Адрианополь, русские войска двигались на Константинополь. 18 января 1878 г. войска под командованием генерала Скобелева взяли Сан-Стефано в 12 верстах от Константинополя. Кавказская армия под командованием генерала М.Т. Лорис-Меликова одну за другой взяла крепости Ардаган, Каре, Эрзерум. Обеспокоенная успехами России, Англия послала военную эскадру в Мраморное море и вместе с Австрией угрожала разрывом дипломатических отношений в случае захвата русскими войсками Константинополя.

19 февраля (3 марта) 1878 г. в Сан-Стефано был подписан мирный договор России с Турцией. Турция признала независимость Сербии, Черногории и Румынии, передавала России Южную Бесарабию и крепости Каре, Ардаган и Батум. На Балканах создавалось Болгарское княжество, что фактически означало обретение болгарами независимости. Под нажимом Англии и Австро-Венгрии Россия была вынуждена передать статьи договора на международное обсуждение. Дипломатическому поражению России способствовала позиция Бисмарка, взявшего курс на сближение с Австро-Венгрией.

На Берлинском конгрессе (июнь - июль 1878 г.) Сан-Стефанский мирный договор был изменен: Турции возвращалась часть территорий, в том числе крепость Баязет, сумма контрибуции сокращалась в 4,5 раза, Австро-Венгрия оккупировала Боснию и Герцеговину, а Англия получила остров Кипр.