A NATO aktívan járul hozzá a nemzetközi béke és biztonság megteremtéséhez. Válságkezelési műveleteivel a szövetség bizonyítja mind a tenni akarást, mind azt a képességét, amelynek pozitív formáló erejével megfelel a 21. század biztonsági kihívásainak.
Az első katonai beavatkozás (Bosznia-Hercegovina, 1995) óta a NATO egyre inkább a többnemzeti müveletek alkalmazását tartja szem előtt. Ma nagyjából 70.000 katona vesz részt NATO-missziókban a világ különböző térségében, komplex földi-, légi- és haditengerészeti müveletekben. Ezek az erők jelenleg Afganisztánban, Koszovóban, Irakban, a Földközi-tengeren, Afrika szarván és Szomáliában hajtanak végre béketámogató-, ellenőrző- és humanitárius müveleteket.
A NATO afganisztáni müvelete jelenleg a szövetség legjelentősebb katonai vállalása. Az ENSZ-mandátummal 2001-ben létrehozott Nemzetközi Biztonsági Közremüködő Erőket (ISAF) 2003 augusztusa óta vezeti a NATO. Az ISAF-ben 48 ország mintegy 130 ezer katonája szolgál Afganisztán egész területén, annak érdekében, hogy a jogállamiság keretén belül segítsék az afgán kormányt és hatóságokat a biztonságos környezet, valamint a demokratikus intézményrendszer megteremtésében és müködtetésében. Ennek érdekében készítik fel az Afgán Nemzeti Biztonsági Erőket, amely lehetővé tenné, hogy az afgánok egyre nagyobb felelősséget vállaljanak hazájuk biztonságának szavatolásában. Ebben 2003 óta jelentős előrelépés történt, ugyanis az afgán hadsereg – jelenlegi létszám 119400 katona – jelentős része közvetlenül bekapcsolódott a katonai müveletekbe. Mind a mellett, hogy az ISAF közremüködik az afgán hadsereg és a rendőrség felkészítésében, jelentős szerepet vállal a biztonsági müveletekben, valamint Afganisztán újjáépítésében is, amelyet 26 tartományi újjáépítési csoport (PRT) is támogat.
Bár Afganisztán továbbra is a NATO elsődleges hadmüveleti területe, a szövetség teljesíti vállalt egyéb kötelezettségeit is, különösen a Balkánon, ahol a KFOR részeként jelenleg mintegy 10 ezer szövetséges katona teljesíti békefenntartó feladatait. A NATO légi csapásaival 1999 júniusában véget vetett az erőszak és a humanitárius katasztrófa elterjedésének, ugyanakkor a KFOR csapatok erős jelenlétével Koszovó egész területén megőrizte és fenntartotta a békét. Koszovó függetlenségének kikiáltását (2008. február) követően, a NATO az ENSZ Biztonsági Tanácsának 1244 számú határozata alapján továbbra is fenntartja jelenlétét az országban. A szövetség 2008 júniusában úgy döntött, hogy felügyeletével feloszlatják a Koszovói Védelmi Hadtestet, és segíti létrehozni a szakmai alapokon nyugvó, többnemzetiségü Koszovó Biztonsági Erőt.
Építve a korábbi kalóztámadások elleni misszióira, a NATO Operation Ocean Shield elnevezésü, a tengeri kalóztámadások elleni müveletét Afrika szarván meghosszabbította. Az Észak-atlanti Tanács 2009. augusztus 17-én jóváhagyott müveletével hozzájárul a kalózkodás elleni küzdelem nemzetközi erőfeszítéseihez. A szövetség azt is felkínálta, hogy segítséget nyújt a térség államainak saját erőik kialakításában – amennyiben kérik –, hogy minél hatékonyabban léphessenek fel a kalóztámadások ellen.
Irakban a NATO viszonylag kicsi, de jelentős támogatást nyújt a kiképző missziójával (NTM-I). Az NTM-I kiképzési tanácsadással és iránymutatással támogatja a biztonsági erők felkészítését. A misszióhoz valamennyi tagország hozzájárul kiképzőkkel, adományokkal, illetve pénzügyi segítséggel. A NATO együttmüködését az iraki kormánnyal hosszú távú együttmüködési keret biztosítja. Jóval az euró-atlanti régión túl, a szövetség továbbra is támogatja az Afrikai Unió (AU) békefenntartó misszióit az afrikai kontinensen. A NATO 2007 júniusa óta légi szállítási támogatással segíti az AU szomáliai békefenntartó misszióját (AMISOM), és kész továbbra is együttmüködni az afrikai készenléti haderő létrehozásában.
A szövetség megszünt müveletei és missziói között tarja nyílván az Ádeni-öbölben és Afrika szarván a kalóztámadások ellen elindított Operation Allied Provider és az Operation Allied Protector müveleteket. A pakisztáni földrengés segélyakciót, de más természeti katasztrófák sújtotta országoknak nyújtott segítséget, köztük Törökországnak, Ukrajnának és Portugáliának. Az 1995 és 2004 között, a NATO vezette békefenntartó müveletet Bosznia és Hercegovinában, mellyel segített megőrizni a biztonságos környezetet és megkönnyítette az ország újjáépítését. Figyelembe véve a jobb biztonsági helyzetet 2004 decemberében az Európai Unió Althea müvelete tölti be béke stabilizációs szerepét. A NATO csak egy kis létszámú katonai parancsnokságot tart fenn az országban, hogy segítse a kormány reformját és a védelmi struktúra kiépítését. A NATO a volt Jugoszláv Köztársaság Macedónia kérésére három, egymást követő müveletet hajtott végre 2001 augusztusától 2003 márciusáig. Az Operation Essential Harvest az albán csoportok fegyvereinek begyüjtését és megsemmisítését végezte el. Operation Amber Fox védelmet nyújtott a nemzetközi megfigyelőknek. Végül az Operation Allied Harmony tanácsadással segítette a macedón kormányt a stabilitás biztosítása érdekében.