总部位于布鲁塞尔的北大西洋公约组织，自美国遭受“9·11”恐怖袭击后，就根据北约成立时签署的《华盛顿公约》中的第5条款赋予的“共同防御”义务，表示坚决站在美国一边。10月7日美英开始对阿富汗进行军事打击后，北约又表示坚决支持这一行动，并且派遣飞机和军舰配合行动。
10月7日星期天，美国发动对阿富汗的第一轮军事打击后，北约的一位发言人对新闻界说：“北约没有参与美英对阿富汗的军事打击。”他表示，“北约在星期一前不会对此作出反应”。发言人否认北约除美国外的其他18个成员国的国防部长当天夜里被召集出席紧急理事会的可能。尽管在海湾战争爆发时，北约曾经连夜召开部长理事会。
10月8日星期一，北约理事会于当天上午举行大使级会议后，北约秘书长罗伯逊除了重申北约对美国军事行动的“全力支持”外还表示，这一军事行动的对象不是阿富汗人民，而是塔利班的恐怖分子训练营。他宣布，北约理事会同意将5架雷达预警飞机调往美国，以便帮助美国本土提高反恐怖袭击的警戒能力。罗伯逊透露，这是美国提出的要求，把北约部署在德国的5架雷达预警飞机调往美国本土。
10月9日，北约发言人在此间宣布，北约已经批准在地中海东部部署舰队，协助美国对阿富汗的军事打击。他说，这只舰队由北约成员国的巡洋舰和护卫舰组成，正在向东地中海进发。发言人没有透露参加编队的舰只来自哪些盟国。他表示，这是为了显示“北约的存在和盟国的决心”。据了解，向地中海派遣盟国舰队也是美国方面提出的要求，以便填补美国舰队前往作战区域留下的空隙。北约“常驻”在地中海的舰队共由9艘军舰组成。
记者9日晚收到北约总部发来的新闻稿称，北约派出的第一架预警飞机已经飞往美国。北约的欧洲盟军最高司令约瑟夫·雷尔森将军对此举的评价是，派预警飞机到美国“是对《华盛顿公约》第5条款的具体体现”。他说，“这是个历史性的决定，因为这是北约的装备第一次在美国本土直接使用。”他还表示，北约还将根据理事会的决定和美国提出的要求，“随时准备继续提供任何援助”。
北约共有24架同类型的雷达预警飞机，分别部署在德国的盖伦基兴和英国的沃丁顿北约空军基地。这种飞机在空中监视飞机和舰船的行动，进行空中预警，并通过加强地面、海上和空中各指挥中心的通讯联系，增强北约对空中作战直接指挥的能力。
10日上午，北约将在德国的盖伦基兴空军基地举行新闻发布会，展示这种飞机的性能，允许媒体同即将派往美国的机组人员交谈，并登机参观和拍摄飞机起飞前的准备工作。机舱内一次最多容纳80人。北约总部要求记者们必须提前把自己的姓名和记者证号码用文传或电话通知德国的基地。
军事行动开始后，比利时对北约总部、美国使馆和位于蒙斯的北约军事基地等重要目标，都加强了安全保卫的警力部署。除了强化出入人员的证件检查外，还设置路障、阻断交通。在机场、空军基地和核电站等敏感目标，还有F－16战斗机随时等待升空拦截可疑飞行物。
根据记者观察，北约成员国内部对美国支持的立场并不一致。尤其是比利时等国，尽管是北约成员，受《华盛顿公约》约束，这些欧洲国家的态度显得十分有保留。在美国开始军事行动后，欧盟好像很长时间内没有反应。任欧盟理事会主席的比利时首相维尔霍夫施塔特，当天深夜代表欧盟表态时，尽管指出美国行动的“正当”，但仍显得十分谨慎。欧盟11国部长10月8日在卢森堡集会后，也表示强调应避免对平民造成的无辜伤害，承诺的是人道援助，而非军事参与。此间媒体注意到，美国总统布什在向国民致辞中，提到了对英、法、德和加拿大等的感谢，根本没有提到欧盟。
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