Tyrkiet opfordrede i mellemtiden alliancen til at opfordre til tilbagetrækning af armenske styrker fra regionen, som hører til Aserbajdsjan i henhold til international lov, men er befolket og styret af etniske armeniere.
På kampens niende dag anklagede Armenien og Aserbajdsjan hinanden mandag for at angribe civile områder, hvor hundredvis af mennesker er blevet dræbt i de voldsomste sammenstød i regionen i mere end 25 år.
Da han talte sammen med den tyrkiske udenrigsminister Mevlut Cavusoglu i Ankara, sagde Stoltenberg, at der ikke var nogen militær løsning på konflikten om Nagorno-Karabakh.
"Det er ekstremt vigtigt, at vi formidler et meget klart budskab til alle parter om, at de skal stoppe med at kæmpe med det samme, at vi bør støtte alle bestræbelser på at finde en fredelig, forhandlet løsning," sagde Stoltenberg.
Tyrkiet har fordømt, hvad det siger er armensk besættelse i Nagorno-Karabakh og lovet fuld solidaritet med etnisk tyrkisk Aserbajdsjan. Cavusoglu sagde, at NATO også burde opfordre til tilbagetrækning af armenske styrker fra regionen.
"Aserbajdsjan kæmper i sine egne lande, det forsøger at tage sit land tilbage fra terrorister og besættere. Juridisk og moralsk burde alle støtte Aserbajdsjan i den forstand,” sagde Cavusoglu.
"Alle, nemlig NATO, bør opfordre til en løsning af dette problem i henhold til internationale love, FN-resolutioner og Aserbajdsjans territoriale integritet, så Armenien straks trækker sig ud af denne region."
Kampene begyndte den 27. september og er steget til det værste niveau siden 1990'erne, hvor omkring 30,000 mennesker blev dræbt.
I en videotale til befalingsmændene sagde den tyrkiske forsvarsminister Hulusi Akar, at Armenien var rettet mod civile, og at landet "omgående skal trække sig tilbage fra det land, det besætter uden at begå yderligere humanitære forbrydelser".
