En före detta fältmarskalk, tre generaler och sex amiraler säger att förlusten av Ark Royal och dess flotta av Harrier jetplan har skadat Storbritanniens försvarskapacitet.
De säger att Storbritannien inte längre kan starta amfibieoperationer utan att utsätta truppernas liv för "stor risk".
Försvarsminister Liam Fox har försvarat de "svåra besluten".
BBC:s försvarskorrespondent Jonathan Beale sade att brevet, som läcktes till Daily Telegraph, väcker frågor om vilka militära räddningsstyrkor som skulle kunna byggas upp i framtiden.
I december meddelade Dr Fox att fregatten som skickades för att evakuera brittiska medborgare från Libyen - HMS Cumberland - kommer att avvecklas i april, efter den strategiska översynen av försvars- och säkerhetspolitiken.
Vår korrespondent säger att detta inte är första gången som före detta militärledare har varnat för att den senaste tidens nedskärningar i de väpnade styrkorna har gjort Storbritannien farligt utsatt.
Labour har redan krävt att försvarsöversynen ska återupptas mot bakgrund av händelserna i Egypten, Bahrain och Libyen.
Brevet - skrivet före den pågående evakueringsoperationen i Libyen - undertecknas av bland annat fältmarskalk Lord Bramall, tidigare chef för försvarspersonalen; Maj Gen Julian Thompson och Adm Sir Jeremy Black, som förde befälet över transportören Invincible under Falklandskonflikten.
Dr Fox insisterar på att Storbritannien fortfarande har de "rätta militära tillgångarna" på plats för att reagera på kriser.
Men denna grupp av tidigare militära befälhavare uppmanar premiärministern att ompröva de beslut som fattades i försvarsöversynen.
De har efterlyst en ny utvärdering av SDSR, som de säger är "otrolig tillit till en osäker, snabbrörlig och farlig värld".
Men Dr Fox försvarade de åtgärder som vidtagits för att ta itu med underskottet på 38 miljarder pund kvar av Labour och sade att översynen inte skulle återupptas.
"För vår framtida bärarstrejksförmåga är det strategiskt förnuftigt att gå mot större samverkan med USA och Frankrike och installera katapult och arrestutrustning kommer att leverera detta.
"Hålla både Tornado och Harrier skulle vara oöverkomligt dyrt i detta nuvarande ekonomiska klimat och Tornado fortsätter att ge viktigt stöd till frontlinjen i Afghanistan," sade han.
När det gäller Libyen sade han att Hercules C-130-flygplan hade lyft 51 brittiska medborgare i säkerhet på torsdag - och mer än 100 var på väg till Malta på HMS Cumberland.
"Ingen av våra allierade har ansett det lämpligt att placera ett hangarfartyg utanför Libyens kust eftersom detta inte är det verktyg som krävs för denna uppgift; det finns inget krav på mark attack flygplan, men även om det fanns vi skulle använda vår omfattande regionala basing och överflygning rättigheter", sade han.
Men skuggförsvarets sekreterare Jim Murphy sade: "Regeringens planer byggde på strategiska och internationella geopolitiska antaganden, av vilka många har skakats under den senaste månaden.
– De senaste dramatiska händelserna innebär att försvarsöversynen måste återupptas och kanske till och med omprövas. Det vore klokt att stanna upp och reflektera över vårt lands strategiska försvarsbehov."
Tio pensionerade militärofficerare har skrivit till premiärministern för att uttrycka sin oro över förlusten av hangarfartyget HMS Ark Royal.