W Dolinie Rospudy i przylegających do niej lasach gniazdują liczne chronione gatunki ptaków, objęte Załącznikiem I dyrektywy ptasiej: jarząbek (Bonasia bonasia), głuszec (Tetrao urogallus), kropiatka (Porzana porzana), derkacz (Crex crex), żuraw (Grus grus), bielik (Haliaeetus albicilla), orlik krzykliwy (Aquila pomarina), błotniak stawowy (Circus aeruginosus), trzmielojad (Pernis apivorus), włochatka (Aegolius funereus), sóweczka (Glaucidium passerinum), dzięcioł średni (Dendrocopos medius), dzięcioł czarny (Dryocopus martius), dzięcioł białogrzbiety (Dendrocopos leucotos ), gąsiorek (Lanius collurio), jarzębatka (Sylvia nisoria), muchołówka mała (Ficedula parva) i zimorodek (Alcedo atthis). Obszar ten jest również żerowiskiem dla ptaków gniazdujących na pobliskich terenach, w tym w Puszczy Augustowskiej.
Dla dużych ssaków, takich jak np. wilki (Canis lupus) i jelenie (Cervus elaphus), Dolina Rospudy stanowi korytarz migracyjny – tędy przemieszczają się one z Puszczy Augustowskiej i Biebrzańskiego Parku Narodowego na zachód. Ponadto żyją tu m.in.