Bước vào những năm đầu thế kỷ XXI, Ấn Độ và Mỹ đã tiến hành một loạt các cuộc đối thoại chiến lược. Cơ chế đối thoại chính của các cuộc đối thoại quốc phòng là Nhóm chính sách quốc phòng (DPG) do bộ trưởng bộ quốc phòng Ấn Độ và thứ trưởng quốc phòng Mỹ đứng đầu. Nhóm này tiếp tục giữ vai trò là cơ chế quan trọng nhất trong việc chỉ đạo quan hệ quốc phòng chiến lược Ấn Độ - Mỹ. Nhóm này sẽ tiến hành các điều chỉnh thích hợp đối với cơ cấu và các cuộc gặp gỡ thường xuyên nhằm đảm bảo rằng đây là một cơ chế có hiệu quả để thúc đẩy hợp tác quốc phòng của hai nước.
Nhóm chính sách quốc phòng Ấn Độ - Mỹ đã dần dần hoạt động có hiệu quả. Từ cuối năm 2001 trở đi đã có các cuộc đối thoại được tổ chức hàng năm. DPG tổ chức hội nghị lần thứ 8 vào tháng 11/2006 ở Ấn Độ.
Nhận thấy sự phát triển sâu rộng của quan hệ quốc phòng, hai nước quyết định thành lập Nhóm sản xuất, mua bán thiết bị quốc phòng và một Nhóm công tác chung có nhiệm vụ xem xét vào giữa năm những công việc do Nhóm chính sách quốc phòng giám sát. Nhóm sản xuất, mua bán thiết bị quốc phòng sẽ giám sát các hoạt động buôn bán thiết bị quốc phòng cũng như triển vọng của việc cùng sản xuất và hợp tác công nghệ, mở rộng phạm vi của phân nhóm tiền nhiệm thuộc nhóm hợp tác an ninh. Nhóm công tác chung quốc phòng sẽ nằm trong nhóm chính sách quốc phòng và sẽ họp ít nhất một lần/năm để tiến hành xem xét vào giữa năm công việc mà Nhóm chính sách quốc phòng và phân nhóm giám sát (Nhóm sản xuất, mua bán thiết bị quốc phòng, Nhóm công nghệ chung, Nhóm hợp tác quân sự và Nhóm an ninh công nghệ cao cấp) và chuẩn bị những vấn đề cho cuộc gặp hàng năm của nhóm chính sách quốc phòng.
Ngoài ra, hai nước còn duy trì Nhóm công tác chung về chống khủng bố. Nhóm này được hai nước thành lập sau vụ tấn công vào Đại sứ quán Mỹ ở Kenya
và Tanzania vào tháng 8/1998 và vụ không tặc đánh vào máy bay của Ấn Độ vào tháng 12/1999 ở Kandahar. Một hiệp ước chung về hỗ trợ pháp lý giữa hai nước được ký kết giữa bộ trưởng nội vụ Ấn Độ L. K. Advani và bộ trưởng ngoại giao Mỹ Colin Powel nhân chuyến thăm của ông đến Ấn Độ vào ngày 16-17 tháng 10/2001.
Hợp tác an ninh quốc phòng Ấn Độ - Mỹ phát triển nhanh nhất kể từ khi hai nước thông qua Hiệp định bước tiếp theo trong quan hệ đối tác chiến lược (NSSP) vào năm 2001. Sáng kiến NSSP bao gồm cam kết mở rộng về vấn đề điều chỉnh và an toàn hạt nhân, phòng thủ tên lửa, hợp tác trong lĩnh vực sử dụng công nghệ không gian vì mục đích hòa bình, các bước để tạo lập một môi trường thích hợp cho giao dịch thương mại công nghệ cao. Kể từ khi có sáng kiến này, một loạt các công ty quốc phòng Mỹ đã mở văn phòng tại Ấn Độ và ký kết những thỏa thuận quan trọng với chính phủ Ấn Độ. Mối quan hệ như thế sẽ tạo ra các lợi ích cả về quân sự, chính trị và kinh tế cho cả hai nước.
Tháng 9 năm 2002, Tư lệnh Hải quân Ấn Độ, Đô đốc Madhvendra, đến thăm Mỹ, khẳng định mối quan hệ quốc phòng Ấn Độ - Mỹ đang phát triển từng ngày. Điều đáng chú ý là từ ngày 24/10/2002, bản sửa đổi luật pháp của Mỹ bắt đầu cho phép xuất khẩu các loại vũ khí sang Ấn Độ. Do đó, Ấn Độ nhanh chóng được xem là bạn hàng nhập khẩu vũ khí của Mỹ tương đương với các nước đồng minh là Hàn Quốc và Nhật Bản.
Ngày 28/6/2005, Bộ trưởng Quốc Phòng Ấn Độ Pranab Mukherjee, đang ở thăm Mỹ cùng với bộ trưởng quốc phòng Mỹ Donald Rumsfeld ký văn bản “khuôn khổ mới cho hợp tác quốc phòng Ấn Độ - Mỹ”. Đây là sự kiện quan trọng, đánh dấu một bước phát triển mới trong quan hệ an ninh quốc phòng hai nước. Khuôn khổ mới này thay thế cho biên bản về quan hệ quốc phòng giữa Ấn Độ và Mỹ được ký kết cách đây 10 năm (1995). Kể từ đó đến nay, những thay đổi trong môi trường an ninh thế giới đã trở thành những thách thức đối với hai nước. Trong một thời gian ngắn, quan hệ an ninh quốc phòng của hai nước phát triển lên cấp độ hợp tác nhanh chưa từng thấy. Khuôn khổ mới này định hướng một lộ trình cho quan hệ quốc
phòng hai nước trong 10 năm tới, sẽ hỗ trợ và là một nhân tố của đối tác chiến lược Ấn Độ - Mỹ rộng lớn hơn.
Quan hệ quốc phòng Ấn Độ - Mỹ bắt nguồn từ sự tin tưởng vào tự do, dân chủ, quy định về luật pháp và tìm kiếm quyền lợi chung về an ninh. Những quyền lợi đó bao gồm: duy trì an ninh và sự ổn định; thủ tiêu chủ nghĩa khủng bố và chủ nghĩa cực đoan tôn giáo; chống phổ biến vũ khí hủy diệt hàng loạt và bảo vệ các hoạt động thương mại tự do trên đất liền, trên không và trên biển.
Theo nội dung của khuôn khổ mới này, để theo đuổi tầm nhìn cùng chia sẻ về quan hệ chiến lược Ấn Độ - Mỹ sâu rộng hơn thì các tổ chức quốc phòng hai nước cần đáp ứng những công việc sau: Tổ chức các cuộc tập trận chung; cộng tác trong nhiều hoạt động đa phương; tăng cường khả năng của lực lượng quân sự hai nước để cùng thúc đẩy an ninh và loại bỏ chủ nghĩa khủng bố; mở rộng hợp tác để bảo vệ ổn định và an ninh khu vực cũng như toàn cầu; tăng cường khả năng chống phổ biến vũ khí hủy diệt hàng loạt; mở rộng hoạt động buôn bán hai chiều trong lĩnh vực quốc phòng giữa hai bên; tăng cường các cơ hội cho hoạt động chuyển giao công nghệ, hợp tác sản xuất, nghiên cứu và phát triển; mở rộng sự hợp tác trong lĩnh vực phòng thủ tên lửa; tích cực hợp tác trong các hoạt động gìn giữ hòa bình; tiến hành trao đổi chiến lược quốc phòng, trao đổi tin tức tình báo và tiếp tục thảo luận chiến lược giữa các lãnh đạo cấp cao từ bộ quốc phòng Ấn Độ và bộ quốc phòng Mỹ nhằm tăng cường hiểu biết chung, đẩy mạnh các mục tiêu chung và hướng tới giải pháp chung trong nhiều vấn đề.
Ngày 29/6/2005, trong chuyến thăm Mỹ của bộ trưởng Quốc Phòng Ấn Độ P. Mukherjee, hai nước đã ký Hiệp định quốc phòng kéo dài trong 10 năm. Trong đó, Tổng thống Mỹ George W. Bush nhấn mạnh rằng Mỹ sẵn sàng giúp Ấn Độ trở thành “cường quốc thế giới”, đồng thời ủng hộ Ấn Độ có một ghế trong Hội đồng Bảo an Liên hợp quốc. Ngoài ra, Mỹ còn ủng hộ dự án quốc phòng toàn diện Seabird của Ấn Độ, trong đó có việc xây dựng căn cứ hải quân Karmar, một căn cứ không quân, một kho vũ khí hải quân và trung tâm tên lửa.
Trong chuyến thăm Ấn Độ của Tổng thống Bush vào tháng 3/2006, hai nước đã đạt được thỏa thuận hạt nhân và đã ra Tuyên bố chung. Hai bên nhất trí ký kết một khuôn khổ hợp tác hàng hải nhằm tăng cường an ninh, ngăn chặn cướp biển và các tội phạm xuyên quốc gia khác trên biển, thực hiện các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ, chống ô nhiễm biển, đối phó với các thảm họa thiên nhiên. Chính phủ Mỹ hoan nghênh dự định của Ấn Độ tham gia sáng kiến an ninh côngtenơ nhằm đảm bảo an ninh cho cơ sở hạ tầng và thương mại đường biển toàn cầu. Hai nước cam kết nổ lực cùng nhau ngăn chặn việc phổ biến vũ khí hủy diệt hàng loạt. Ngoài ra, hai nước công nhận tầm quan trọng của an ninh trên mạng và sự hợp tác chặt chẻ hơn nhằm đảm bảo sự phụ thuộc lẫn nhau, bảo vệ các giao dịch điện tử và cơ sở hạ tầng từ tội phạm trên mạng, chủ nghĩa khủng bố trên mạng và các mối đe dọa hiểm độc khác.
Ngoài việc Tổng thống Bush lần đầu tiên đến thăm Ấn Độ và cùng với Thủ tướng Singh ký hiệp định hạt nhân, Bộ quốc phòng Mỹ ngày 2/3/2006 cũng đã tuyên bố sẽ bán máy bay chiến đấu tiên tiến như F16, F18 và một số vũ khí mũi nhọn khác cho Ấn Độ, từng bước mở rộng quan hệ quân sự giữa hai nước.
Tuyên bố của Bộ quốc phòng Mỹ: “Cách đây vài năm, không có ai dám nói tới viễn cảnh hai nước Mỹ và Ấn Độ sẽ đạt được hiệp định phòng thủ quan trọng, nhưng hiện nay bất luận là liên quan đến máy bay chiến đấu, máy bay lên thẳng, máy bay tuần tra trên biển hay là tàu chiến của hải quân, viễn cảnh (hợp tác phòng vệ song phương) đều rất rõ ràng. Chúng tôi cũng đã bày tỏ mong muốn cung cấp máy bay chiến đấu F16, F18. Chúng tôi đồng thời có thể đáp ứng sự quan tâm của Ấn Độ trên các mặt chuyển nhượng kỹ thuật và hợp tác sản xuất vũ khí”[56]. Chính quyền Mỹ công khai:“ Mục tiêu của chúng tôi là đáp ứng yêu cầu của Ấn Độ trong lĩnh vực phòng vệ, cung cấp năng lượng và kỹ thuật quan trọng mà Ấn Độ yêu cầu”[56].
Tháng 12/2006, Quốc hội Mỹ thông qua đạo luật Henry J. Hyde – Đạo luật về hợp tác năng lượng nguyên tử hòa bình Mỹ - Ấn Độ. Đạo luật này sửa đổi lại luật của Mỹ, cho phép Mỹ mở rộng hợp tác hạt nhân dân sự với Ấn Độ. Sự kiện này
đánh dấu một bước ngoặt trong quan hệ song phương.
Tháng 7/2007, Ấn Độ và Mỹ đã đạt được một bước ngoặt lịch sử trong quan hệ đối tác chiến lược khi hoàn thành các cuộc đàm phán hiệp định song phương về hợp tác hạt nhân hòa bình, được biết đến như “hiệp định 123”. Hiệp định này được ngoại trưởng Mỹ Condoleeza Rice và ngoại trưởng Ấn Độ Mukherjee ký vào tháng 10/2008.
Hợp tác quân sự an ninh quốc phòng giữa hai nước tiếp tục được mở rộng. Chuyến thăm Ấn Độ của bộ trưởng quốc phòng Mỹ Robert Gates vào ngày 26-27 tháng 2/2008 và chuyến thăm Mỹ của bộ trưởng quốc phòng Ấn Độ Raksha Mantri vào ngày 7-10 tháng 9/2008 đã tiếp tục thúc đẩy hợp tác giữa hai nước trong lĩnh vực này. Chuyến thăm Ấn Độ của ngoại trưởng Mỹ Hillary Clinton trong tháng 7/2009 với một số thỏa thuận quan trọng đạt được giữa hai bên đã phản ánh những nổ lực “xích lại” gần nhau giữa hai nước trong bối cảnh mới của thế kỷ XXI. Trong chuyến thăm này, Ấn Độ và Mỹ cũng đã đồng ý ký kết một hiệp ước quân sự mà theo đó Mỹ sẽ bán các loại vũ khí tối tân cho Ấn Độ. Tháng 1/2010, Bộ trưởng quốc phòng Mỹ Robert Gates tiếp tục đến thăm Ấn Độ. Chuyến viếng thăm này của bộ trưởng đã làm sâu sắc thêm mối quan hệ của hai nước, bộ trưởng nhấn mạnh tầm quan trọng của Ấn Độ đối với sự ổn định của Nam Á và toàn châu Á.
Về cơ bản, từ nay đến năm 2020, Ấn Độ sẽ tiếp tục tăng cường quan hệ mọi mặt với Mỹ, đặc biệt là thúc đẩy hợp tác trên các vấn đề chiến lược. Hai nước sẽ tiếp tục tăng cường hợp tác công nghệ hạt nhân, hợp tác quốc phòng, mua bán vũ khí, trang thiết bị, công nghệ quốc phòng, tập trận chung, hợp tác chống khủng bố.