En tête à la pause, les Pays-Bas se sont inclinés pour la première fois en 19 matches à domicile en subissant la loi de la Bulgarie alors que Jetro Willems, 18 ans, a honoré sa première sélection pour les Oranges.
Robin van Persie a donné l'avantage aux joueurs de Bert van Marwijk mais le penalty d'Ivelin Popov, après cinq minutes en seconde période, pour une main de Rafael van der Vaart dans la surface, a remis les deux équipes à égalité.
Ilian Micanski a fait la décision à la dernière minute quand Stanislav Manolev interceptait la passe de John Heitinga avant de centrer pour le buteur.
Les Pays-Bas vont tenter d'oublier ce revers mercredi contre la Slovaquie. Ils joueront leur dernier match amical contre l'Irlande du Nord le 2 juin avant d'entamer le tournoi contre le Danemark le 9 juin. L'Allemagne et le Portugal seront les autres adversaires des Néerlandais dans ce premier tour.