之後，自衛隊痛改前非，迅速成立了中央快速反應集團，各連隊成立了24小時待命的小隊，構築了緊急事態應對體制及陸海空自衛隊“統一運用體制”，並且給自己加了一條一小時到達救援現場的作戰條令。
其具體措施包括：設立陸海空三個自衛隊的多樣化任務戰備執勤部隊，航空自衛隊一次可出動偵察機、救護機、運輸機70架參與救災，並在自衛隊5大戰區都部署了軍醫、護士、急救員組成的機動衛生班；海上自衛隊緊急出動，可一次派出60艘軍艦、50架飛機，所有港內停泊的正常狀態軍艦可以在4個小時內出動；陸上自衛隊指定一支約2700人的部隊作救災派遣應變部隊，配備車輛約410輛、直升機約30架。此外，陸上自衛隊總動員可集中7萬人前往災區。此次大地震發生在當地時間3月11日下午2點46分，東北方面自衛隊在3點01分就派出直升機搜集災害狀況。
高度機動。這次救災顯露出日本自衛隊高度的機動能力，堪稱世界軍隊之首。
跟蹤自衛隊救災行動發布表不難看出，一是海陸空自衛隊機動能力都很高，沒有一個落後。在4小時內海陸空三路救災力量全部出動。二是兵力出動率高，在36小時內調集10萬部隊參加救災，對總兵力只有23萬人的日本來說，幾乎是一半兵力都出動了，連美軍都達不到這樣的出動率。三是自衛隊的高出動率是在自身遭受海嘯重創的情況下出動的，是在複雜電磁環境下出動的，這非比尋常。
事實上，這次海嘯對自衛隊的破壞也很大，駐扎在鬆島的第4航空團和鬆島救難隊的28架戰機被淹沒，包括全部18架F-2戰鬥機、4架T-4練習機、4架UH60直升機等。日本陸上自衛隊5個集團軍中的一個集團軍受到損失。日本駐仙台的近衛第二裝甲師裝備的眾多裝甲車，包含90式坦克都遭到海水淹沒而宣告無法使用。此外，福島縣和岩手縣陸上自衛隊的基地也遭到地震的重創。
這些數字表明，自衛隊是在至少損失了15%戰鬥力的情況下，在自身也需要災後恢復的情況下，出動了近一半兵力，這樣的機動能力要是在戰場上出現，堪稱勁旅。
統一指揮。自衛隊參加救災行動後，首相會同防衛相快速建立三軍統一指揮機構，做到了三軍統一行動，沒有出現互相干擾、打亂仗的問題。防衛相北澤俊美在震後第三天會同陸上自衛隊東北方面總監部，建立“統合任務部隊”，統一調遣陸海空三個自衛隊。
此外，救災行動也是自衛隊和美軍首次針對國內災害展開大規模的聯合行動。日本東北部軍區司令部成立了“統一任務部隊”，擔負與駐日美軍的協調救援工作。這些基本實現了三軍聯合、日美聯合的組織運行。
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