Po pádu Berlínské zdi v roce 1989 se Aliance angažovala ve válce v Jugoslávii. První vojenské operace NATO v historii proběhly mezi lety 1992 a 1995 při válce v Bosně a Hercegovině a později v roce 1999 v Jugoslávii. Aliance se snažila zlepšit vztahy s východními státy, což vyústilo v její rozšíření několika státy bývalé Varšavské smlouvy v letech 1999 a 2004. Článek 5, který tvoří základ Severoatlantické smlouvy, byl poprvé použit po teroristických útocích 11. září 2001, což znamená, že útok byl považován za útok proti všem 19 členským státům. Od roku 2003 vede Aliance činnost Mezinárodních bezpečnostních podpůrných sil v Afghánistánu. Do konce roku 2011 zajišťovala výcvik nové armády v Iráku, účastní se protipirátských operací a v roce 2011 vyhlásila bezletovou zónu nad Libyí v souladu s rezolucí Rady bezpečnosti OSN č. 1973. Původní cíl akce, na níž intervenční síly dostaly mandát, byl však rozšířen (už mimo mandát OSN), což vedlo ke svržení dosavadního vládnoucího režimu a uvrhlo zemi do krvavého chaosu trvajícího dodnes.