Det ses som ett svar på det växande hotet från ryska ubåtar som har intensifierat sina egna patruller i samma vatten.
Den har också lyft fram ett gapande hål i Storbritanniens eget försvar.
För nu är det jakten på U33, inte den röda oktober. Den tyska ubåten agerar som den osynliga fienden under vågorna.
U33:s befälhavare Kai Nicklesdorf och hans 28 besättning, som lever i trånga förhållanden, försöker undvika upptäckt av 10 NATO-skepp.
Deras uppgift, för denna övning, är att försöka ta ut kommandoskeppet, USS Vicksburg, och en oljetanker.
När de dyker kommer det enda synliga tecknet på deras närvaro att vara en kort syn på ett periskop som bryter vågorna i några sekunder.
Uppe på bron över USS Vicksburg förbereder konteramiral Brad Williamson sin flotta på tio krigsfartyg, inklusive Royal Navy Frigate HMS Portland, för att påbörja sökandet.
Han säger att detta är viktig utbildning och att hans besättningar är medvetna om rysk ubåtsverksamhet.
Det har nyligen förekommit rapporter om ryska ubåtar utanför Sveriges, Finlands och Storbritanniens kust.
Han säger att träningen "fokuserar våra sinnen och för killarna i strid är det inte teoretiskt att vi kanske måste göra anti-submarin krigföring".
För ytfartygen är uppgiften att lokalisera en osynlig fiende under stora havsområden inte så lätt.
Den har liknats vid att leta efter en nål i en höstack.
Uppe på USS Vicksburgs bro skannar besättningen horisonten och letar efter ett periskop.
Nedanför, i ett mörkt rum i fartygets inälvor, lyssnar sjömän in och övervakar resultaten från fartygens ekolod och sensorer.
Löjtnant Colin Ryan, Vicksburgs krigsofficer erkänner att det är mycket lättare för en ubåt att gömma sig än ett fartyg på ytan.
Han säger att det har inträffat incidenter när ubåtar har identifierats.
Men när jag frågar om de har varit ryska svarar han nervöst: "Jag skulle inte vilja kommentera det", innan han tillägger: "I allmänhet är vi alltid på utkik."
Natomedlemmar kommenterar sällan sina egna ubåtars verksamhet, än mindre alla potentiella fienders rörelser.
Men denna övning är ett bevis på att det finns en växande oro för Rysslands ökande militära styrka.
Medan många europeiska nationer har skurit ned sina försvarsbudgetar och sina resurser, har Rysslands president Vladimir Putin investerat kraftigt i sin.
Ryssland har nu en flotta på cirka 60 ubåtar - de större kärnkraftsdrivna och mindre dieseldrivna elektriska ubåtar som kan arbeta på grunt vatten.
Tidigare denna månad lanserade Ryssland vad man hävdar är den "tysta ubåten i världen".
Peter Roberts, en före detta officer i Royal Navy, och nu en högre officer vid försvarets tankesmedja RUSI, säger att den nu leder världen inom ubåtsutveckling.
Han beskriver dem som tekniskt avancerade och deras besättningar som högt kvalificerade.
De är, säger han, den "tysta och mest utmanande motståndaren i världen".
När de är ute på patrull kan de gå oupptäckta i månader åt gången.
Ofta första gången ett Nato-krigsskepp är medvetet om sin närvaro är när ett periskop helt kort dyker upp ovanför vågorna.
De ligger tysta och stillastående på havets botten och lyssnar på och "fingerprintar" andra nationers ubåtar och krigsfartyg.
För denna övning, som märkligt nog heter "Dynamic Mongoose", liksom krigsfartygen finns det anti-submarine krigshelikoptrar som hjälper till i sökandet.
För första gången har ett Nato-forskningsfartyg också utplacerat obemannade undervattensfordon eller drönare för att hjälpa till att spåra havet.
Forskare ombord lyssnar på de välbekanta pingstarna när de två robotarna formade som torpeder skannar havsbottnen.
Det är inte alltid lätt att skilja mellan skeppsvrak, valar, fiskstim och klipphällar i havet.
Ryan Goldhahn, ansvarig forskare vid Natos centrum för havsforskning och experiment, säger undervattensrobotarna, som visas på sina monitorer som Harpo och Groucho, har flera fördelar för de krigsfartyg och flygplan som deltar i övningen.
De är billigare att operera, ta personen ur skadas väg och kan erbjuda ihållande övervakning.
Undervattensdrönare är för framtiden.
Men för tillfället är en av de viktigaste tillgångarna i en nations vapenförråd för att föra anti-submarin krigföring de långdistans patrull flygplan.
Dessa kan flyga långa sträckor medan de skannar hundratals kilometer under havet.
För denna övning tillhandahålls det översta omslaget av ett franskt patrullflygplan från Atlantique.
Inne i en mörklagd stuga stirrar ett halvt dussin besättningar på monitorerna som kan hjälpa till att peka ut ubåtar nedanför.
Storbritannien har inte längre något av sina egna patrullflygplan till sjöss, och denna övning är en påminnelse om en betydande lucka i Förenade kungarikets försvar.
Flera gånger under det senaste året har Storbritannien varit tvunget att uppmana sina Nato-allierade att ge ögon i himlen när det har rapporterats ryska ubåtar i eller nära Storbritanniens vatten.
RUSIs Roberts säger att det är en "nyckelsårbarhet".
Han säger att avsaknaden av alla patrullflygplan, som Nimrod brukade tillhandahålla, innebär att en rysk ubåt skulle kunna sitta utanför Storbritannien och spåra kärnvapenavskräckningen när den lämnar Faslane marinbas i Skottland.
Han säger att Storbritannien bör vara "utomordentligt oroat" över att det ses som en "mjuk touch", eftersom Ryssland kommer att fortsätta att testa sitt försvar, precis som de har gjort genom att flyga långdistansbombare nära det brittiska luftrummet.
Syftet med denna övning är att säkerställa att Nato är redo att föra anti-ubmarin krigföring.
Men det är också en påminnelse om att vissa nationer - däribland Storbritannien - inte kan göra det på egen hand.
Bristen på brittiska patrullflygplan måste åtgärdas i regeringens kommande översyn av försvaret och säkerheten.
Sökandet efter ryska ubåtar blir inte lika lätt som jakten på U33.
I Nordsjön, utanför Norges kust, har Nato genomfört sin största antiubåtstridsövning någonsin.