Współpracę estońsko-polską w dziedzinie obronności charakteryzują stosunki sojusznicze zarówno w NATO, jak i w Unii Europejskiej.
2 stycznia 2020 r. żołnierze Sił Powietrznych RP przejęli po raz pierwszy dyżur powietrzny w bazie Ämäri. Polskie myśliwce rotacyjnie strzegą przestrzeni powietrznej państw bałtyckich od roku 2016 w Szawlach na Litwie. Polska uczestniczy też w corocznych ćwiczeniach wojskowych „Wiosenna Burza”. W roku 2019 z ramienia Polski we „Wiosennej Burzy” uczestniczyło 233 żołnierzy, 4 myśliwce SU-22 oraz kilka okrętów Marynarki Wojennej. We wcześniejszych latach Polska uczestniczyła też we ćwiczeniach „Jeż”.
Estonia i Polska umożliwiają wzajemne wykorzystywanie swoich wojskowych ośrodków szkoleniowych w celu szkolenia oficerów i podoficerów. Polscy studenci reprezentują też Bałtyckie Kolegium Bezpieczeństwa w Tartu. Udział w ćwiczeniach organizowanych przez sojusznika, stał się dla strony estońskiej i polskiej wzajemnie uzupełniającym się zwyczajem.