Uppmaningen kommer inför Natos försvarsministermöte i Bryssel, som inleds på torsdagen.
USA:s försvarsminister Lloyd Austin framförde efter att han överlagt med Rumäniens försvarsminister Nicolae Ciucă att det krävs handling från kustnationerna runt Svarta havet för att motverka det han benämnde som en rysk militärisering av regionen.
– Säkerhet och stabilitet i Svarta havet ligger i USA:s nationella intresse, och är kritiskt för säkerheten på Natos östra utkant, sade den amerikanske försvarsministern under ett pressmöte i den rumänska huvudstaden Bukarest på onsdagen.
Besöket i Bukarest och Natolandet Rumänien är ett av flera stopp som Lloyd Austin gör inför Natomötet. Han hoppas också kunna stärka relationerna med Ukraina och Georgien – båda länder som önskar bli medlemmar i Nato.
USA har nästan 1 000 soldater stationerade i Rumänien, vilkas närvaro enligt Austin är avskräckande mot en eventuell rysk aggression.
Myndighetsföreträdare i USA har tidigare avvisat spekulationer om att USA vill utöka sin närvaro i Rumänien eller upprätta en permanent bas där.