Po zmobilizowaniu, będąc w składzie 2 Armii gen. lejt. Todorowa, dywizja została rozmieszczona południowym odcinku granicy bułgarsko-serbskiej. W połowie października 1915 rozpoczęła się operacja owczopolska w całości prowadzoną przez bułgarską Kwaterę Główną. 2 Armia już po dwóch dniach walk w pasie granicznym przełamała pozycje Serbów i przeszła do natarcia siłami dwóch dywizji w pierwszym rzucie. 16 października żołnierze 3 Bałkańskiej DP przerwali biegnącą na południe linię kolejową łączącą Serbię z Grecją, a do końca października zajęli Kumanowo oraz Skopje. Inne dywizje armii również odnotowały sukcesy. Tym sposobem 2 Armia wykonała postawione przed nią zadanie i zeszła w dolinę rzeki Wardar.
W związku z zagrożeniem, jakie powstało w wyniku wylądowania w Salonikach jednostek brytyjsko-francuskiego korpusu ekspedycyjnego, 2 Armia została podzielona na dwie części. 3 Bałkańska DP znalazła się w jej prawym skrzydle pod dowództwem szefa sztabu armii i w ramach kosowskiej operacji zaczepnej kontynuowało natarcie w kierunku północnym na Prisztinę.