Gdy Sojusz wspólnie decyduje o przeprowadzeniu operacji, zwraca się do sojuszników o przekazanie pod dowództwo NATO jednostek zbrojnych i sprzętu.
NATO posiada stałą, zintegrowaną strukturę dowodzenia wojskowego, w której współpracuje ze sobą personel wojskowy i cywilny ze wszystkich krajów członkowskich. Sojusz posiada dwa dowództwa strategiczne, Dowództwo Sił Sojuszniczych ds. Operacji w Mons w Belgii oraz Dowództwo Sił Sojuszniczych NATO ds. Transformacji w Norfolk w Stanach Zjednoczonych.
Dowództwom strategicznym podległe są dwa Sojusznicze Dowództwa Sił Połączonych, w Brunssum w Holandii oraz w Neapolu we Włoszech, zdolne samodzielnie prowadzić operacje militarne. Dowództwa te na przemian przez rok dowodzą Siłami Odpowiedzi NATO.
W strukturze dowodzenia znajdują się także dowództwo sił powietrznych (Ramstein, Niemcy), dowództwo sił lądowych (Izmir, Turcja), dowództwo sił morskich (Northwood, Wielka Brytania), dowództwo operacji specjalnych (Mons, Belgia).
NATO dysponuje stałymi siłami w służbie czynnej, które współtworzą wspólną obronę Sojuszu. Znajdują się w nich cztery stałe grupy floty marynarki wojennej, w tym dwie przeciwminowe. Dodatkowo NATO posiada zintegrowany system obrony powietrznej, który łączy zdolności obronne poszczególnych członków i zawiera potencjał balistycznych rakiet obronnych Sojuszu.
Sojusz prowadzi również szereg misji nadzorujących, w których myśliwce państw sojuszniczych patrolują przestrzeń powietrzną tych krajów członkowskich, które nie mają własnego lotnictwa mogącego pełnić tego typu dyżury. Bronią one przestrzeni powietrznej nad Albanią, Estonią, Łotwą, Litwą oraz Słowenią w sposób ciągły, 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu, 365 dni w roku.