Ministeriet ber om 180,5 miljarder yen (2,1 miljarder pund, 1,3 miljarder pund), av vilka en tjänsteman sade skulle användas till missilavlysare och stridsflygplan.
Flytten kommer med Japan invecklade i en territoriell rad med Kina.
Det följer också Nordkoreas senaste framgångsrika långdistans raketuppskjutning.
"Vi kommer att begära 180,5 miljarder yen att anslås till militära utgifter från ett stimulanspaket", sa en talesman för försvarsministeriet Agence-France Presse nyhetsbyrå.
Han sade att en del av det skulle finansiera inköp av PAC-3 yt-till-luft anti-ballistiska missilsystem och modernisera fyra F-15 stridsflygplan.
Försvarsministeriets talesman sade att medlen behövdes "för att förbereda sig för den föränderliga säkerhetsmiljön kring Japan".
Finansministeriet måste godkänna begäran innan den kan läggas till det statliga stimulanspaket som förväntas senare denna månad.
Q&A: Raden för öar i Kina–Japan
Begäran om medel är utöver nyheten på tisdagen att den nya regeringen, som vann val i december, skulle öka begäran om försvarsbudget med mer än 100 miljarder yen.
Tjänstemännen säger att ökningen skulle användas för forskning om ett nytt radarsystem och underhållskostnader för militära flygplan.
Ökningen är inte stor - försvarsbudgeten för det år som slutar i mars 2012 uppgick till 4,65 biljoner yen - men det är en förändring.
I tio år har Japans försvarsbudget gradvis minskat. Men under de senaste månaderna har landet skakats från två sidor, säger BBC: s Rupert Wingfield-Hayes i Tokyo.
I december avfyrade Nordkorea framgångsrikt en långdistansraket som flög över södra Japan. Mycket mer oroande för Tokyo är Kinas strävan att göra anspråk på omstridda öar i östra Kina, tillägger vår korrespondent.
Tvisten om öarna, som kallas Senkaku på japanska och Diaoyu på kinesiska, har rasat i åratal.
Japan kontrollerar öarna, men köpet av tre av dem från deras privata japanska ägare i september gav upphov till en ny rad.
Sedan dess har kinesiska fartyg seglat in och ut ur vad Japan säger är dess territorialvatten runt öarna, vilket framkallar varningar från Tokyo.
Ny premiärminister Shinzo Abe, som är känd som konservativ, har lovat en stark hållning i den territoriella frågan samtidigt som han kräver dialog med Kina.
Japans försvarsministerium säger att man söker mer medel för militära utgifter, en dag efter nyheter skulle regeringen öka försvarsbudgeten för första gången på 10 år.