Det innebär att svenskt stridsflyg kommer att genomföra uppdrag inom ramen för "Nato air policing", främst över de så kallade frontstaterna över Baltikum.
Beslutet fattas på dagen tre månader efter att Sverige gått med i försvarsalliansen. Det meddelas på en presskonferens med statsminister Ulf Kristersson (M) och Natos generalsekreterare Jens Stoltenberg på Berga örlogsbas i Haninge.
Natos luftövervakning är en incidentberedskap vars syfte är att bevara integriteten för Natos luftrum samt att verka avskräckande mot attacker i luften.
Det är främst flygflottiljen F17 i Ronneby som kommer att bidra till Nato air policing.
Sverige utför redan i dag övervakning under svenskt befäl, skillnaden nu är att verksamheten kommer att utföras direkt under Nato-befäl.
Flygen kommer att baseras i Sverige och främst operera i Östersjöområdet.
Om Sverige vill skicka väpnad trupp utomlands krävs riksdagens medgivande men regeringen bedömer inte att dagens beslut kräver ett sådant medgivande.