Metropolita Nataniel negatywnie przyjął postanowienia pokoju berlińskiego, pozostawiające Macedonię poza granicami państwa bułgarskiego. Był jednym z organizatorów powstania zbrojnego w Kresnie i zbrojnej walki o przyłączenie Macedonii do Bułgarii. Razem ze Stefanem Stambołowem i Dymitrem Georgiewem kierował komitetami, które zamierzały przerzucić do Macedonii oddziały (czety) z Bułgarii i wywołać masowe wystąpienie antytureckie. Początkowo jego działania miały poparcie komisarza carskiego kierującego tymczasową administracją Księstwa Bułgarskiego Aleksandra Dondukowa-Korsakowa, jednak ostatecznie Rosja zabroniła udzielania dalszego takiego wsparcia, w obawie o nowy wielki konflikt zbrojny na Bałkanach. Wobec nieuchronnej klęski powstańców w 1879 r. Nataniel nakazał im złożyć broń.
Nie mając możliwości powrotu do Ochrydy, w 1879 r. metropolita przyjął obowiązki zarządzającego eparchią łowecką w zastępstwie przebywającego w Konstantynopolu egzarchy bułgarskiego Józefa. W 1891 r. został natomiast przeniesiony do eparchii płowdiwskiej, którą zarządzał do końca życia.