Камерън, който ще е домакин на срещата на високо равнище на НАТО в Уелс следващия месец, заяви че ще използва събитието, за да подтикне 28-членния блок да преразгледа дългосрочните си връзки с Русия, като отчете факта, че Москва смята НАТО за враг.
Британският премиер беше остър по въпроса за руската анексия на Крим и обвини Русия, че нелегално въоръжава проруските сепаратисти в Източна Украйна.
Той подложи на критика и реакцията на Москва след свалянето на малайзийски пътнически самолет над Украйна миналия месец.
През април НАТО прекрати практическото си сътрудничество с Русия в знак на протест срещу анексията на Крим, но това не включва контактите на равнище посланици. В писмо до лидерите на Алианса, Камерън заяви ясно, че шест месеца след началото на руско-украинската криза е време да се стигне по-далеч.
"Трябва да приемем дългосрочни мерки, които да подсилят нашата способност да реагираме бързо на всяка заплаха, да уверим тези съюзници, които се страхуват за сигурността на своята страна, и да предотвратим всяка руска агресия", се казва в изявление на Камерън.
Британският премиер предлага нова програма на военни учения, изграждане на нова инфраструктура, преместване на екипировка и доставки и подсилване на силите за реагиране на НАТО до 25 хиляди души.
"Трябва да приемем, че сътрудничеството от последните години не е възможно в момента поради незаконните действия на Русия в близост до НАТО и да преразгледаме принципите, които ръководят нашите отношения с Русия", пише Камерън.
НАТО засилва упражненията си в Източна Европа след анексията на Кримския полуостров и утрои броя на изтребителите си в Балтийските страни. Камерън заяви, че Алиансът ще трябва да обмисли как да поддържа "силно присъствие" в Източна Европа за обозримото бъдеще.