防衛省は１２日、被災地への自衛隊の派遣規模を約２万人に拡大した。陸上自衛隊の東北方面隊８４００人と、全国からの救援部隊１万１０００人が現地に向かっている。また、航空機約１９０機、艦艇約２５隻が準備を含め活動を実施し、救出活動が本格化している。菅直人首相は同日の緊急災害対策本部で、自衛隊派遣を５万人規模まで拡大する考えを表明した。
自衛隊への災害派遣要請は、北海道、青森、岩手、宮城、福島、千葉の６道県にのぼった。
同日午前５時半ごろ、宮城県の石巻沖で海上自衛隊ヘリが、８０人が取り残された船舶を発見。海上保安庁のヘリと合同で救出作業に当たっているほか、陸上自衛隊のヘリが引き続き、避難できずに取り残された住民の救助を行っている。政府の災害派遣チームの輸送支援にも当たっている。
原子力災害派遣活動では、福島第１原発の緊急事態応急対策拠点施設「オフサイトセンター」に到着した陸自の第４４普通科連隊（福島市）８０人が、住民の避難誘導などに当たり、午前６時過ぎ、原発から半径３キロ以内の住民３０００人の避難が完了した。陸自の中央即応集団の中央特殊武器防護隊（大宮）２４人も、化学防護車４両を含む車両７両とともにオフサイトセンターに到着。放射能漏れの有無を調べ、漏れている場合は除染作業を行う。
また政府は、ルース駐日米大使からの支援の申し出を受け、在日米軍に協力を要請した。北部方面隊約９００人と車両約２５０両を米艦艇で被災地へ向けて輸送するよう調整。海自（横須賀）と米海軍（第７艦隊）による三陸沖での共同捜索救難活動も検討している。
一方、自衛隊自身も被害を受けた。防衛省によると、航空自衛隊松島基地（宮城県）には２メートル以上の津波が来た模様で、基地２階の床下まで浸水。Ｆ２戦闘機１８機が全機水没、Ｔ４練習機も４機（うちブルーインパルス用１機）が水没するなどの被害が出た。
また、地震発生時に休暇などで外出していた松島基地所属の隊員約２００人と、陸自東北方面隊に所属する約８０人と連絡が取れなくなっているほか、陸自隊員１人が右足を負傷し、入院した。【