Бирюзову сообщили об этом, и он понял: надо учиться дипломатии. Теперь, когда 3-й Украинский фронт перешагнул границы СССР, видимо, не раз придется участвовать в решении дипломатических вопросов. Но и на этом происшествие не закончилось. Молотов рассказал об этом И. В. Сталину, а тот при очередном докладе заместителя начальника Генштаба генерала А. И. Антонова заметил ему, что военные должны знать основы международного права, а затем, подумав, добавил: "Речь идет о военных, которые сами ведут переговоры с иностранцами или участвуют в переговорах, разрабатывают важные военно-дипломатические документы. Вот они-то и должны знать, как это нужно правильно делать, чтобы достойно представлять нашу страну". Упрек был справедлив, и советские военачальники в последние месяцы войны много и плодотворно учились у дипломатов. Бирюзов, как и другие, учился военно-дипломатическому искусству настойчиво и успешно.
В дальнейшем английские и американские представители не раз еще пытались оказать влияние на болгарские дела. Некоторые из них прямо вели разведку советских войск в Болгарии. Таких пришлось вежливо (сказались уроки дипломатии) выдворить из страны. Тогда началась разведка болгарских войск в Греции, попытки поставить под англо-американский контроль освобожденные греческие территории. Выяснилось, что военный министр Велчев, а также высший чиновничий аппарат Болгарии поддерживают англо-американские домогательства. При встречах же с советскими представителями Велчев возражал против отправки болгарских войск на фронт, ссылаясь на их небоеспособность. Бирюзов сумел быстро разглядеть истинную позицию болгарского военного министра. Он так повел дело, что болгарская армия с помощью болгарских патриотов в кратчайший срок была очищена от контрреволюционных и профашистских элементов и плечом к плечу с войсками 3-го Украинского фронта мужественно сражалась против гитлеровского вермахта, чем внесла свой вклад в общую победу над врагом.
При всех своих новых ответственных военно-дипломатических обязанностях Бирюзов оставался и начальником штаба фронта. А перед его войсками встала важная задача - 3-й Украинский фронт готовился к освобождению Югославии, и прежде всего ее столицы Белграда. Надо было спланировать эту крупную операцию, делать массу дел, но сроки подготовки по ее обеспечению, как всегда, были жесткими. Директиву Ставки о подготовке Белградской операции получили 20 сентября, а уже через неделю предписывалось начать наступление. Но чтобы сосредоточить войска на болгаро-югославской границе для нового удара, надо было собрать воедино разбросанные на большом пространстве соединения, некоторым из них предстоял марш по 600 километров в условиях горных дорог, что уже само по себе непросто. Цель операции состояла в том, чтобы совместными усилиями советских, югославских и болгарских войск разгромить вражескую армейскую группу "Сербия", оборонявшуюся в восточной части Югославии, освободить Сербию и Белград и выйти на коммуникации группы армий "Е", находившейся в Греции, и отрезать ей отход на юг Балканского полуострова. Новым моментом было то, что в отличие от всех прошлых операций в этой вместе с 3-м Украинским фронтом действовали шесть югославских корпусов и три болгарские армии, с которыми надо было установить взаимодействие и поставить задачи, способствовавшие достижению общей цели.
Дело осложнялось тем, что в недалеком прошлом монархо-фашистское правительство Болгарии предоставило в распоряжение германского командования экспедиционный корпус, который выполнял в Югославии жандармские функции. Поэтому теперь, когда югославским и болгарским войскам предстояло действовать в едином строю, требовалась огромная разъяснительная работа среди югославских войск и населения, чтобы правильно было понято участие болгар в Белградской операции. Ставка Верховного Главнокомандования, очевидно, высоко оценивая военно-дипломатическую деятельность Бирюзова в Болгарии, поручила ему встретиться с главнокомандующим Народно-освободительной армии Югославии (НОАЮ) маршалом Иосипом Броз Тито, а также организовать переговоры югославских представителей с болгарами и решить все вопросы взаимодействия трех братских армий в предстоящем наступлении в Сербии.