Tháng 6 năm 2001, trong chuyến viếng thăm Âu châu lần đầu tiên với tư cách Tổng thống, Bush gặp phải sự chỉ trích mạnh mẽ từ các nhà lãnh đạo Âu châu vì ông bác bỏ Nghị định thư Kyoto. Năm 1997, trong khi đại diện của Hoa kỳ và các nước khác đang đàm phán hiệp ước này, Quốc hội Hoa Kỳ đã biểu quyết với số phiếu 95-0, chống lại bất kỳ hiệp ước nào chống sự hâm nóng toàn cầu mà không có điều khoản đòi hỏi những cam kết từ các nước đang phát triển. Tuy nghị định thư Kyoto đã được ký tượng trưng bởi Peter Burleigh, quyền đại sứ Hoa Kỳ tại Liên Hiệp Quốc, năm 1998, chính phủ Clinton đã không trình quốc hội phê chuẩn.

Năm 2002, Bush chống đối hiệp ước vì cho rằng nó làm hại sự tăng trưởng kinh tế tại Hoa Kỳ, ông nói: "Theo cách nhìn của tôi, sự tăng trưởng kinh tế là giải pháp, không phải là vấn nạn (cho môi trường)".Chính phủ cũng tranh luận về nền tảng khoa học của hiệp ước. Tháng 11 năm 2004, Nga phê chuẩn hiệp ước, đáp ứng đòi hỏi về con số tối thiểu các quốc gia phê chuẩn hiệp ước mà không cần đến sự phê chuẩn từ Hoa Kỳ.

Chính sách đối ngoại của Bush được công bố trong chiến dịch tranh cử bao gồm mối quan hệ chặt chẽ hơn với Mỹ La tinh, nhất là México, giảm thiểu sự can thiệp chính trị và quân sự vào nội bộ các nước trong vùng.Sau vụ tấn công khủng bố ngày 11 tháng 9 năm 2001, chính phủ chú tâm nhiều hơn vào Trung Đông. Ngày 7 tháng 10 năm 2001, gần một tháng sau cuộc tấn công, Hoa Kỳ và các nước đồng minh bắt đầu dội bom và tấn công trên bộ vào Afghanistan nhằm lật đổ chế độ Taliban, theo cáo buộc của chính phủ Bush, là đã che chở cho Osama bin Laden. Cuộc chiến này nhận được sự ủng hộ mạnh mẽ của quốc tế, và Taliban mau chóng sụp đổ.

Dưới sự lãnh đạo của tổng thống Afghanistan, Hamid Karzai, nỗ lực tái thiết đất nước với sự phối hợp của Liên hiệp quốc, có kết quả lẫn lộn. Dù Bin Laden, đến năm 2005, vẫn chưa bị bắt hoặc bị hạ sát, một cuộc bầu cử dân chủ đã được tổ chức vào ngày 9 tháng 10 năm 2004. Có một số vấn đề về ghi danh cử tri khiến 15 trong số 18 ứng cử viên tổng thống đe dọa rút lui, nhưng theo nhận xét của các quan sát viên quốc tế, cuộc bầu cử xảy ra một cách dân chủ và công bằng tại "đại đa số các phòng bầu phiếu".

Ngày 14 tháng 12 năm 2001, với lý do không còn thích hợp, Bush rút khỏi Hiệp ước chống tên lửa đạn đạo năm 1972, hiệp ước này là nền tảng duy trì tình trạng ổn định về vũ khí nguyên tử giữa Hoa Kỳ và Liên Xô trong thời kỳ chiến tranh lạnh.

Từ đó, Bush tập trung xây dựng hệ thống phòng thủ tên lửa đạn đạo. Hệ thống này là mục tiêu của nhiều chỉ trích, chú trọng vào tính khả thi về mặt khoa học. Những cuộc thử nghiệm đưa ra một kết quả lẫn lộn, một số thành công, một số thất bại. Đề án này dự định được bắt đầu khai triển vào năm 2005.

Hệ thống phòng thủ tên lửa đạn đạo chưa thành công hoàn toàn trong việc ngăn chặn các loại tên lửa được phóng từ tàu thuyền hoặc từ các phương tiện trên bộ và vẫn được tiếp tục thử nghiệm. Những người chỉ trích cho rằng đây là một sai lầm đắt giá, một hệ thống được xây dựng để đối đầu với một cuộc tấn công ít có khả năng xảy ra nhất với tên lửa đạn đạo mang đầu đạn nguyên tử.

Tổng thống Bush cũng gia tăng chi phí nghiên cứu, phát triển quân sự và hiện đại hóa hệ thống vũ khí, nhưng hủy bỏ các chương trình như hệ thống đạn đạo tự hành Crusader. Chính phủ cũng bắt đầu chương trình nghiên cứu tên lửa hạt nhân xuyên qua công sự phòng thủ.

Iraq

Từ năm 1998, Đạo luật giải phóng Iraq xác định chính sách của Hoa Kỳ là lật đổ Saddam Hussein. Sau cuộc tấn công 9/11, chính phủ Bush cho rằng tình thế tại Iraq đã trở nên khẩn cấp. Họ tin rằng chế độ Saddam Hussein cố tìm cách sở hữu nguyên liệu cho vũ khí nguyên tử và vi phạm lệnh cấm vận của Liên hiệp quốc vì không chịu tường trình đầy đủ về các loại nguyên liệu vũ khí hoá học và sinh học mà họ đang sở hữu, cũng như vũ khí huỷ diệt hàng loạt (WMD). Có nhiều tranh cãi giữa phe chống đối và phe ủng hộ tiến hành chiến tranh, liệu Hoa kỳ đã có chứng cớ Iraq sở hữu WMD, và chứng cớ về các mối quan hệ giữa Iraq và Al-Qaeda.

Trong chính phủ Bush, chỉ có (một mình) Ngoại trưởng Colin Powell là cho rằng "Hoa Kỳ không nên tiến hành chiến tranh mà không có sự ủng hộ của LHQ". Do đó, Hoa Kỳ đã cứu xét và thảo luận đến việc liệu có đạt được một Quyết nghị của Hội đồng Bảo an Liên Hiệp Quốc để được quyền sử dụng quân lực, nhưng cuối cùng phải từ bỏ ý định này khi gặp phải sự chống đối từ một số thành viên của Hội đồng Bảo an LHQ, cùng với lời đe doạ của Pháp sẽ dùng quyền phủ quyết. Thay vào đó, Hoa Kỳ tập hợp được một nhóm khoảng 40 quốc gia mà Bush gọi là "liên minh tình nguyện" trong đó có Anh, Tây Ban Nha, Ý và Ba Lan.

Ngày 20 tháng 3 năm 2003, Liên minh Tấn công Iraq, trưng dẫn các Quyết nghị (1441, 1205, 1137, 1134, 1115,1060, 949, 778, 715) của Hội đồng Bảo an LHQ liên quan đến Iraq, đến thái độ thiếu hợp tác của Iraq trong quá khứ và trong hiện tại để thực thi các quyết nghị này, sự từ chối hợp tác với các thanh tra LHQ của Saddam, âm mưu ám sát cựu tổng thống George Bush tại Kuwait và việc Saddam vi phạm hiệp ước ngưng bắn năm 1991. Liên minh lập luận rằng các Quyết nghị này cho họ quyền sử dụng vũ lực. Một số nhà lãnh đạo thế giới như Tổng Thư ký Liên Hiệp Quốc Kofi Annan, không đồng ý và gọi cuộc chiến này là bất hợp pháp. Mục tiêu chính lật đổ Saddam Hussein mà Hoa Kỳ đưa ra là nhằm ngăn chặn Iraq khai triển vũ khí huỷ diệt hàng loạt.

Liên minh mau chóng đánh bại quân đội Iraq. Tuy nhiên, sau khi Tổng thống Bush tuyên bố chấm dứt các chiến dịch quân sự vào ngày 1 tháng 5 năm 2003, những cuộc nổi loạn gây ra nhiều khó khăn hơn dự tưởng vì sự sai lầm trong việc giải tán "NGAY LẬP TỨC" quân đội Iraq sau chiến thắng quân sự của Hoa Kỳ và Liên Minh, toàn thể quân nhân Iraq bỗng nhiên thất nghiệp, không có tiền nuôi gia đình, sẵn vũ khí và dễ nghe lời các giáo sĩ Hồi giáo cực đoan.Từ sự sai lầm chiến thuật đó, sự ủng hộ của công chúng Mỹ bắt đầu sút giảm trong khi các tổ chức nổi loạn vũ trang ngày càng được tổ chức nhiều hơn. Mặt khác, một cuộc điều tra tình báo tiến hành bởi một Ủy ban lưỡng đảng không tìm thấy chứng cứ Saddam Hussein tàng trữ WMD, dù bản tường trình xác định rằng chính quyền Hussein cố gắng sở hữu kỹ thuật hầu cho Iraq có thể chế tạo WMD ngay sau khi LHQ bãi bỏ lệnh cấm vận. Bản tường trình cũng không tìm thấy mối quan hệ hợp tác nào giữa Hussein và Al-Qaeda. Bush vẫn cương quyết bảo vệ quyết định của mình, cho rằng "Thế giới ngày nay trở nên an toàn hơn" (khi không còn Saddam Hussein).

Chi tiêu Quân sự

Trong số hai ngàn bốn trăm tỷ đô la dành cho ngân sách Liên bang (Hoa Kỳ) năm 2005, khoảng 401 tỷ được chi tiêu cho quốc phòng. Đây là chi tiêu quân sự cao nhất kể từ cuối thập niên 1990, nhưng chỉ là ở mức trung bình nếu so sánh với chi tiêu quốc phòng trong thời kỳ chiến tranh lạnh.