Han var ambassadør til Canada fra 1990 til 1994, og ble deretter visegeneralsekretær i NATO under Manfred Wörner. Da Wörner lå på dødsleiet som følge av kreft, tjenestegjorde han kortvarig som fungerende generalsekretær fra 13. august 1994 til 17. oktober samme år. Da Willy Claes måtte gå av som generalsekretær på grunn av korrupsjonsanklager, tjenestegjorde Balanzino, som i mellomtiden hadde gått tilbake til å være visegeneralsekretær, igjen som fungerende generalsekretær, fra Claes' avgang den 20. oktober 1995 frem til han ble etterfulgt av Javier Solana den 5. desember samme år.