大地震发生后，日本自卫队成为抢险救灾的主力，其出动的兵员数达到10万人。日本陆海空自卫队的应急作战能力在这次救灾行动中得到了检验。
陆上自卫队动用精锐力量。据日本媒体报道，陆上自卫队在灾难爆发之初表现出了比较出色的动员能力。地震发生在当地时间3月11日下午14时46分，宫城县知事村井嘉浩在15分钟之内，即下午15时之前就向陆上自卫队提出派遣赈灾人员的要求。陆上自卫队马上动用最精锐的力量——中央应急集团，其下属的三支王牌部队中，有两支在第一时间就迅速派员赶赴灾区，它们是特殊武器防护部队（核生化部队）和直升机部队。
日本陆上自卫队中央应急集团在全国分散部署了2700名快速反应人员、410辆军车和30架直升机，以确保能在2小时内对突发事件作出快速反应。这些人员中就包括核生化特种兵。地震发生后，部署琦玉县的快速反应部队从核生化特种兵中选派 20人的先遣队以及 90人的第二梯队，迅速赶往福岛核电站。
据日本时事社报道，特殊武器防护部队是日本应对核灾难的最重要依靠。他们能够在源头设置防护屏障，并将一线险情及时传回后方。这次在福岛核电站一线的特殊武器防护部队配备了4辆化学防护车和6辆除辐射车。除了负责人员疏散工作，他们还与经济产业省原子能保安院合作监控辐射量，并用消防车冷却核反应堆。
航空自卫队F-15亮出绝活。航空自卫队的应急作战能力在此次救灾行动中也有所体现。190架各型飞机相继参与进来，其中包括25架最先进的F-15J战斗机和P-3C巡逻机。最值得关注的是，航空自卫队在第一时间派出8架F-15J战斗机对灾区进行空中巡视。因为F-15J拥有一项独特的技能：航空自卫队已开发出覆盖本土和所有离岛的机载计算机标识系统，并将军事基地、核电站等战略设施和国家机构等重要建筑物纳入该系统，以供军用飞机识别并有效保卫重要目标，或者对已遭夺占的目标实施打击。
海上自卫队反应迅速。据日本防卫省要求海上自卫队在国家发生紧急事件，即5级以上地震或卷入局部及以上烈度的军事冲突时，其所有在港舰艇能在4小时内完成出发前的准备工作。海上自卫队的表现令防卫省和媒体都很满意。地震发生39分钟后，横须贺基地的舰艇就已全部出动，后面又陆续有数十艘大型战舰在规定时间内启动奔赴灾区。
与此同时，日本政府依照日美安保条约向驻日美军求援，美军承诺至少派遣6艘军舰参与救灾，其中包括“乔治治华盛顿”号和“罗纳德德里根”号航空母舰。总体来看，日本自卫队为应对“最重大事件”设立的中央应急集团，在这次救灾行动中充分检验了其应急作战能力。
飞行“精英”痛失座驾。松岛基地驻扎第4航空团和松岛救难队，基地受到2米高海啸侵袭，建筑物2楼以下都浸泡在海水中。松岛基地的28架战机遭到淹没，包括全部18架F-2战斗机、4架T-4练习机、4架UH60直升机等。
由于海浪侵袭速度相当快，这些战斗机无法转移和升空避难，瞬间被海啸淹没。目前，海水已经退却，航空基地开始清理，但是防卫省担心，这28架战机可能因为有不少程度的损伤，加上海水的侵蚀和泥水灌入战斗机机体，修复飞行的作业会十分困难，甚至可能已经无法使用。特别是18架 F-2型战斗机和一些其他机型可能受到“永久性”损坏，每架价值1亿美元，损失极其惨重。这是报道出来的战机损毁。
军事实力总体遭受重创。大地震给日本整个军事能力造成巨大影响。大地震发生后，日本航空自卫队位于宫城县的松岛基地瞬间被地震所引发的海啸吞没，与第4航空团第21飞行队的18架F-2B双座战斗教练机同时被水浸泡报废的还有第 11飞行队的 T-4教练机、松岛救难队的U-125A救难飞机和UH-60J救援直升机。
日本陆上自卫队则有五个集团军中的一个集团军受到损失。日本驻仙台的近卫第二装甲师装备的众多装甲车，包含 90式坦克都遭到海水淹没而宣告无法使用。此外，福岛县和岩手县陆上自卫队的基地也遭到地震的重创。
日本的弹道导弹防御系统也被怀疑受到巨大创伤。与有形的军事实力损伤相比，支撑日本军力的基础工业受损情况更为严重。按照日本政府的说法，此次地震波及的是日本工业最发达的“京滨工业地带”，集中了日本最重要的核能、汽车、钢铁、石化、复合材料、电子、特种玻璃、发动机、微型轴承等工业。（高卫民）
