Nokia kommer att använda Windows Phone som sin huvudsakliga strategi för smarta telefoner.
Microsofts sökprogram Bing kommer att utnyttjas av Nokia och Nokia Maps blir kärnan i Microsofts karttjänster.
Nokias innehåll och applikationer kommer att integreras med Microsofts webbshop Marketplace.
– I dag vill utvecklare, operatörer och konsumenter ha fängslande mobila produkter som inte bara är telefoner utan också mjukvara, tjänster, applikationer och kundtjänst som ger en helhetsupplevelse, säger Nokias vd Stephen Eslop i ett pressmeddelande.
Microsofts vd Steve Balmer uppger att han är "entusiastisk" över samarbetet.
– Dagens samarbete erbjuder otroliga skalfördelar, stor erfarenhet inom hårdvara såväl som innovativ mjukvara och en bevislig förmåga att få saker gjorda, säger Steve Balmer i ett uttalande.
Den nya planen för Nokia innebär även att bolaget får en ny ledningsgrupp och en ny organisationsstruktur med större fokus på snabbhet och resultat.
Nokiachefen Stephen Elop skriver i ett uttalande att detta är en kritisk tidpunkt för bolaget.
"Signifikant förändring är nödvändig och oundviklig på vår resa framåt", skriver Elop.
Planen syftar enligt Elop bland annat till att Nokia åter ska bli marknadsledare inom smarta telefoner.
Den nya ledningsgruppen kommer, förutom Elop, att bestå av följande personer: Esko Aho, Juha Akras, Jerri DeVard, Colin Giles, Rich Green, Jo Harlow, Timo Ihamuotila, Mary McDowell, Kai Oistamo, Tero Ojanpera, Louise Pentland och Niklas Savander. Alberto Torres lämnar ledningen för annan verksamhet utanför Nokia.
Som en följd av den nya strategin ändrar också Nokia sina finansiella mål och prognoser. Nokia beskriver 2011 och 2012 som "övergångsår" och vågar inte presentera något mål för 2011 för Devices & Services, som i dag är bolagets största affärsområde.
På längre sikt, när omvandlingen av Nokia är genomförd, räknar bolaget med att omsättningen för Devices & Services kommer att växa snabbare än marknaden och att rörelsemarginalen för affärsområdet kommer att uppgå till minst 10 procent.
Nokia räknar med en "attraktiv" tillväxt på den globala mobiltelefonmarknaden både i år och på längre sikt, bland annat på grund av efterfrågan på smarta telefoner. Bolaget tror dock att den skarpa konkurrensen kommer att sätta press på tillverkarnas bruttomarginaler.
Nokia Siemens Networks (NSN), som konkurrerar med svenska Ericsson, väntas ta marknadsandelar i år, vilket väntas leda till att bolaget når lönsamhet.
Nokiaaktien rasade med drygt nio procent efter beskedet om samarbetet med Microsoft.
– Detta skulle ha varit otänkbart för tolv månader sedan, säger Geoff Blaber, analytiker på CCS Insight, till Reuters.
– Detta är ett partnerskap som fötts ur att båda två (Nokia och Microsoft) fruktar att bli marginaliserade av Apple och Google. Men det är ingen silverkula. Det är att på ett väldigt uppriktigt vis erkänna att Nokias strategi för plattformar har misslyckats och det understryker allvaret i Nokias läge just nu, tillägger han.
Vid sidan av Windows Phone ska Nokia fortsätta att använda sitt eget operativsystem Symbian. Bolaget räknar med att sälja ytterligare omkring 150 miljoner Symbian-telefoner under de kommande åren.
Dessutom planerar Nokia fortfarande att lansera en telefon med Meego, en annan mjukvaruplattform, senare i år.
Nokia räknar med en svag tillväxt i år på marknaden för mobilnät och förknippade tjänster, Ericssons huvudgren. Tillväxt inom vissa områden, som mobilt bredband och tjänster, väntas delvis uppvägas av svagare utveckling på andra områden.
Nokias omorganisation innebär bland annat att två nya affärsenheter, Smart Devices och Mobile Phones, bildas den 1 april. Enheterna ska ledas av Jo Harlow respektive Mary McDowell.
Osäkerheten är stor i Helsingfors efter Nokias besked om det nya samarbetet med Microsoft.
– Många är oroliga för att huvudkontoret ska flyttas till USA. Det skulle göra att Finland går miste om både skatteintäkter och arbetstillfällen.
Det säger Patrik Lindfors, chefredaktör för finländska affärsmagasinet Forum för ekonomi och teknik, till TT.
Det kan vara ett gott tecken att finländarna i Nokias ledning fortfarande sitter kvar sedan den nya strategin nu presenterats, resonerar Lindfors.
– Samtidigt är det många som tror att det här inte räcker. Att det inom ett halvår måste komma nya åtgärder, säger Patrik Lindfors.
Nokias tidigare framgångar spelade en avgörande roll för Finlands ekonomiska lyft efter den djupa krisen i mitten av 1990-talet. Kring Nokia har ett helt kluster av IT- och telekomföretag växt fram i Helsingforsområdet. Allt detta hotas om huvudkontoret måste flytta.
Nokias högste chef är i dag en kanadensare, Stephen Elop. Han tillträdde i höstas och är den förste icke-finländske koncernchefen på Nokia.
Nokia ägs till mer än 80 procent av utländska placerare, främst amerikanska pensionsfonder.
– Det kommer att bli personalneddragningar på en rad marknader, däribland Finland.
Det säger Nokias koncernchef Stephen Elop på den pågående presskonferensen i London.
– Vi för diskussioner med den finländska regeringen kring detta. Vi jobbar hårt med frågan och har inga mer besked att ge i dag.
Nokiachefen Stephen Elop kan i dag inte ge besked om när den första Nokiatelefonen baserad på Windows lanseras.
– Men vårt samarbete med Microsoft kommer att göra att utvecklingsarbetet går snabbare än någonsin tidigare.
Med Microsoftchefen Steve Ballmer vid sin sida gjorde han sitt bästa för att mana fram bilden av ett företag med "fighting spirit", eller handlar det kanske om "sisu"?
– Spelet har förändrats. Det är ett krig mellan olika mobila ekosystem! Jag är optimist och säger att vi tillsammans ska utveckla ett ekosystem som kan åstadkomma mer än vad någon av våra konkurrenter mäktar med, sade Stephen Elop på pressträffen i London.
På Stockholmsbörsen var det dock fortfarande dystert för Nokia. Klockan 12 hade aktien sjunkit med nästan 10 procent.
Nokia spår att världsmarknaden för så kallade smarta telefoner växer med 16 procent årligen under perioden 2010—2014, uppger Reuters.