Тем не менее, несмотря на временные трудности, успех был не за горами. Первые победы были одержаны на Балканском фронте, где вход русских войск в Румынию привел к провозглашению независимости этой страны 9 мая 1877 г. и разрыву с Османской империей. Независимое королевство приняло тогда решение вступить в войну, несмотря на предостережения Горчакова, опасавшегося, как бы это вступление не вызвало затруднений на международной арене. Совместные действия русских и румын позволили им двинуться на Плевну. Русская армия под командованием великого князя Николая переправилась через Дунай 15 июля и проникла на территорию Болгарии, где дала туркам ряд крупных сражений. Однако здесь Россию ожидал сюрприз: в многострадальной Болгарии, где она ожидала увидеть лишь картину всеобщего разорения и встретить добровольцев, готовых примкнуть к рядам ее армии, ей пришлось признать, что, несмотря на учиненное турками кровопролитие, жизнь продолжалась и болгарское население далеко не всегда спешило ввязаться в бой. После быстрого вторжения взятие высот, усеянных турецкими крепостями, потребовало гораздо больших усилий.
На протяжении многих месяцев армия вела ожесточенные бои; суровая зима сделала условия сражений еще более тяжелыми, и императора порой охватывало уныние, когда он наблюдал, сначала из Плоешти, где он остановился вначале, затем из главного штаба великого князя Николая в Горны-Студень, за безуспешными попытками русской армии овладеть Плевной. Убедившись вскоре в том, что надежду на близкое взятие Константинополя следовало оставить, Александр II обратился к Англии, поинтересовавшись, готова ли она выступить в качестве посредника в поиске средств для разрешения конфликта. Крайне довольный тем, что Россия оказалась в затруднительном положении, лорд Дерби резко ответил, что его страна придерживается строго нейтралитета, не позволяющего ей вмешаться, и что, насколько ему известно, Порта, находившаяся тогда в более выгодных условиях, не выступала с аналогичной инициативой.
Уныние императора порой разделял и наследник, призывавший отца встать во главе деморализованного войска, дабы поднять боевой дух. Он предлагал, чтобы императора на его нынешнем посту сменил министр обороны. Однако этот призыв так и не был услышан. Братья императора убедили его в бессмысленности этой затеи, да и, кроме того, в середине зимы удача вновь оказалась на стороне России. Во время третьего штурма русские войска, в чьи ряды, наконец, влились болгарские добровольцы, одолели армию Осман-паши, казавшуюся до сего момента непобедимой, и 28 ноября захватили Плевну. Осман-паша капитулировал, русская армия продолжила свое шествие, перешла через Балканский хребет и овладела Адрианополем, нанеся поражение в начале января армии Сулеймана-паши. Путь на Константинополь был открыт. С этого момента ситуация утрачивала чисто военный и приобретала политический характер.