"Inför hotet om ingripande, som blir allt tydligare genom grannländernas förberedelser, är Nigers luftrum stängt från och med denna dag på söndag", meddelar juntan i ett uttalande.
De varnar för att varje försök att bryta mot det kommer att mötas av ett "kraftfullt och omedelbart svar".
Vid midnatt lokal tid löpte den tidsfrist ut som Ecowas, Västafrikas ekonomiska samarbetsorganisation, har gett juntan i Niger för att återupprätta civilt styre och frige president Mohamed Bazoum.
Den folkvalde presidenten har hållits fängslad i sitt residens sedan militärkuppen den 26 juli.
Enats om en plan
Ecowas militära stabschefer har enats om en plan för ett eventuellt ingripande för att svara på militärkuppen, den senaste av flera som drabbat Sahel-regionen sedan 2020.
Men kuppmakarna i Niger visar inga tecken på att ge upp och har svurit att svara omedelbart på varje militärt ingripande.
Vad som händer nu, efter det att tidsfristen löpt ut, är oklart.
Samtidigt som Ecowas inte har uteslutit ett militärt ingripande har två medlemsländer som också styrs av militärer, Mali och Burkina Faso, i ett gemensamt uttalande sagt att varje militärt ingripande mot Niger kommer att betraktas som en krigsförklaring mot dem själva.
Den forna kolonialmakten Frankrike, som har sagt att man bestämt kommer att stödja alla åtgärder som vidtas efter det att tidsfristen har löpt ut, meddelade på söndagen att utvecklingsbiståndet och budgetstödet till Burkina Faso dras in.
Varnar för Ryssland
Samtidigt samlades tusentals anhängare till det nya militärstyret i Niger vid en sportarena i huvudstaden Niamey. I publiken viftades det med ryska flaggor, skriver AFP.
Den avsatte nigeriske presidenten Mohamed Bazoum har vädjat omvärlden om hjälp och varnat för att Ryssland genom privatarmén Wagner kan komma att få kontroll över Sahelregionen.
Niger har spelat en nyckelroll för västländer som bekämpar ett jihadistiskt uppror i regionen sedan 2012.