Lietuva ir Vokietija glaudžiai bendradarbiauja visose su gynyba susijusiose srityse. Nuo 1994 m. įvairias Bundesvero mokymo įstaigas baigė virš 400 Lietuvos karių – pagal sutartį su Vokietijos gynybos ministerija kursuose Vokietijoje rengiami haubicų PzH2000 vairuotojai, priežiūros specialistai, pabūklo operatoriai, važiuoklės remontininkai. Vokietijos karo koledže reguliariai studijuoja Lietuvos karininkai.
JAV ir Vokietija yra pagrindinės Lietuvos partnerės įsigyjant ginkluotę, o siekiant atgrasyti Rusiją ir užtikrinti regiono saugumą, pagal NATO parengties veiksmų plano patikinimo priemones Lietuvoje dislokuotos rotacinės pajėgos.
Vokietija tarptautiniuose kariniuose mokymuose Lietuvoje aktyviai dalyvauti pradėjo nuo 2011 m., o 2017 m. dislokuota NATO priešakinių pajėgų bataliono kovinė grupė, kuriai vadovauja Vokietija, sudaryta iš NATO valstybių karių bei karinės technikos.
Lietuvos kariai dažnai tarptautinių operacijų metu veikia Vokietijos kontingento sudėtyje. Jungtinių Tautų operacijoje MINUSMA Malyje lietuviai dalyvavo nuo 2017 m. iki Vokietijos pasitraukimo praėjusiais metais, 13-asis Pajėgų apsaugos vienetas, sudarytas iš Krašto apsaugos savanorių pajėgų karių, tapo paskutiniąją pamaina. Viduržemio jūros regione Lietuvos kariai 2015 m. prisijungė prie ES jūrinės operacijos SOPHIA, kurios tikslus vėliau perėmė tarptautinė operacija IRINI, tarnaudami Vokietijos karo laive.
Bendradarbiavimas vyksta 2013 m. Vokietijos pasiūlytoje NATO bendrų karinių pajėgumų vystymo iniciatyvoje (angl. Framework Nations Concept, FNC), kurios tikslas yra suburti NATO valstybių grupę, kuri pasitelkdama vadovaujančiosios šalies koncepciją, bendradarbiautų kuriant ir vystant didelius sausumos pajėgų tarptautinius jungtinius, tarptautinę oro pajėgų grupę, tarptautines jūrų pajėgas ir įgalinančius pajėgumus. Lietuva šiuo metu dalyvauja Tarptautinių didelių sausumos junginių vystyme su Artilerijos batalionu/baterija bei yra stebėtoja 9 FNC pajėgumų pogrupiuose (jungtinės paramos ugnimi; misijų telekomunikacijų tinklo; žvalgybos; apsaugos nuo cheminio, biologinio, radiologinio ir branduolinio ginklo; karo inžinerijos; priimančios šalies paramos; minavimo jūroje; karo policijos). Panašus projektas 2017 m. pradėtas ES, kur 6-iuose Nuolatinio struktūrizuoto bendradarbiavimo (angl. PESCO) projektuose dalyvauja Lietuva, iš kurių 2-iems vadovauja Vokietija.
Vokietija taip pat aktyviai dalyvauja Baltijos šalių oro policijos misijoje. Nuo 2012 m. penkis kartus vykdė oro policijos misiją iš Zoknių oro pajėgų bazės ir 6 kartus oro policijos misijos sustiprinimą iš Amari (Estija) oro pajėgų bazės.
Lietuva prisijungė prie Vokietijos inicijuojamos bendros oro gynybos iniciatyvos (angl. Eurpean Sky Shield Initiative), kurios pagrindinis tikslas apjungti ES šalis į bendra oro gynybos sistemą remiant NATO tikslus ir užduotis. 2023 m. Vokietija vadovavo NATO Greitojo reagavimo pajėgoms (angl. NATO Response Force, NRF), šių pajėgų rotacijoje Lietuva skyrė mechanizuota pėstininkų kuopą su kovinės paramos ir aprūpinimo vienetais.
Įgyvendinant Madride NATO viršūnių susitikime priimtus sprendimus dėl priešakinės gynybos didinimo iki brigados dydžio vieneto nuo 2022 m. rugsėjo 8 d. dislokuotas Lietuvai priskirtos Vokietija brigados priešakinis vadovavimo elementas. Priimtas sprendimas dislokuoti Vokietijos brigadą nuolatiniam buvimui Lietuvoje, kai bus sukurta reikiama infrastruktūra. 2024 m. balandžio 8 d., Vilniaus oro uoste, pasitiktas Vokietijos kariuomenės 45-osios brigados pirminis elementas, kuris yra atsakingas už brigados perkėlimo į Lietuvą planavimą bei karinei infrastruktūrai keliamų reikalavimų derinimą.
