สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวมหาวชิราลงกรณ บดินทรเทพยวรางกูร ทรงสนพระราชหฤทัยในวิทยาการด้านการทหาร มาตั้งแต่ยังทรงพระเยาว์ นอกจากทรงรับการศึกษาทางด้านการทหารจากประเทศออสเตรเลียแล้ว ยังทรงพระราชวิริยอุตสาหะในการเพิ่มพูนความรู้และพระประสบการณ์ด้านการทหารอยู่ตลอดเวลา

โดยหลังสิ้นสุดการศึกษาด้านการทหารจากประเทศออสเตรเลียแล้ว ยังทรงเข้ารับการฝึกเพิ่มเติมระหว่างเดือนมกราคมถึงเดือนตุลาคม ๒๕๑๙ และทรงศึกษางานทางการทหารในประเทศออสเตรเลีย โดยทุนกระทรวงกลาโหม ทรงประจำการ ณ กองปฏิบัติการทางอากาศพิเศษ การทำลายและยุทธวิธีรบนอกแบบ หลักสูตรต้นหนชั้นสูง หลักสูตรการลาดตระเวนและต้นหนชั้นสูง หลักสูตรส่งทางอากาศ และยังทรงเข้ารับการศึกษาหลักสูตรต่าง ๆ ทางด้านการบินอีกมากมาย ทำให้พระองค์ทรงมีพระประสบการณ์และความเชี่ยวชาญด้านการบินในระดับสูงมาก

นอกจากนี้ พระองค์ยังทรงรับราชการทหารมาโดยตลอด อาทิ

- ๙ ธันวาคม พุทธศักราช ๒๕๑๘ ทรงเข้ารับราชการเป็นนายทหารประจำกรมข่าวทหารบก กระทรวงกลาโหม

- ๖ ตุลาคม พุทธศักราช ๒๕๒๑ ทรงดำรงตำแหน่งรองผู้บังคับกองพันทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์ กรมทหารราบที่ ๑ มหาดเล็กรักษาพระองค์

- ๒๘ พฤศจิกายน พุทธศักราช ๒๕๒๓ ทรงดำรงตำแหน่งผู้บังคับกองพัน ทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์ กรมทหารราบที่ ๑ มหาดเล็กรักษาพระองค์

- ๑๓ กุมภาพันธ์ พุทธศักราช ๒๕๒๗ ทรงดำรงตำแหน่ง ผู้บังคับการ กรมทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์

- ๓๐ กรกฎาคม พุทธศักราช ๒๕๓๑ ทรงดำรงตำแหน่งผู้บัญชาการหน่วยบัญชาการ ทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์

- ๓๐ กรกฎาคม พุทธศักราช ๒๕๓๑ ทรงดำรงตำแหน่งผู้บัญชาการหน่วยบัญชาการ ทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์

- ๙ มกราคม พุทธศักราช ๒๕๓๕ ทรงดำรงตำแหน่งผู้บัญชาการ หน่วยบัญชาการถวายความปลอดภัยรักษาพระองค์ สำนักผู้บัญชาการทหารสูงสุด

- ๔ พฤษภาคม พุทธศักราช ๒๕๓๗ ทรงปฏิบัติหน้าที่ครูการบินเครื่องบินขับไล่แบบเอฟ-๕ อี/เอฟ

ปัจจุบัน สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวมหาวชิราลงกรณ บดินทรเทพยวรางกูร ทรงดำรงพระยศทางทหารของ ๓ เหล่าทัพ คือ

พระยศ พลเอก ของกองทัพบกไทย

พระยศ พลเรือเอก ของกองทัพเรือไทย

พระยศ พลอากาศเอก ของกองทัพอากาศไทย

พระราชกรณียกิจด้านการทหารที่รักษาความมั่นคงของประเทศ พระองค์ทรงเข้าร่วมปฏิบัติการรบในการต่อต้านการก่อการร้ายบริเวณภาคเหนือ และภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย รวมทั้งการคุ้มกันพื้นที่ในบริเวณรอบค่ายผู้อพยพชาวกัมพูชาที่เขาล้าน จังหวัดตราด