북한은 이날 오후 조선중앙통신을 통해 “북부 지하핵시험장에서 3차 지하핵시험을 성공적으로 진행했다”고 발표했다. 조선중앙통신은 “합법적인 평화적 위성발사 권리를 난폭하게 침해한 미국의 적대행위에 대처해 나라의 안전과 자주권을 수호하기 위한 실제적 대응조치의 일환”이라며 “이전과 달리 폭발력이 크면서도 소형화·경량화된 원자탄을 사용해 높은 수준에서 안전하고 완벽하게 진행됐다”고 전했다. 정부 당국자에 따르면 북한은 전날인 11일 미국과 중국에 핵실험을 통보한 것으로 전해졌다.
정부는 이날 오전 북한 함경북도 길주군에서 규모 5.1의 인공지진을 관측하고, 3차 핵실험이라는 결론을 내렸다. 천영우 대통령 외교안보수석비서관은 “미사일 발사에 이은 핵실험 강행은 유엔 안전보장이사회 결의안에 대한 명백한 위반”이라며 “한반도 동북아 평화와 안전에 대한 용납할 수 없는 위협이자, 국제사회 전체에 대한 정면도전”이라고 비난했다.
박근혜 대통령 당선자도 긴급회의를 소집해 “북한의 핵실험은 한반도와 국제평화에 대한 중대 위협으로 남북한의 신뢰구축을 저해하고 평화를 위한 노력을 어렵게 하는 처사”라며 “엄중한 책임을 물어야 한다”고 주문했다.
새누리당과 민주통합당은 각각 긴급 최고위원회의와 비상대책위원회를 열어 정부 보고를 받고 대응방안을 논의했다. 정부는 국회에 유엔 안보리 긴급회의와 대북 추가제재 결의안 채택을 추진하고 군사대비 태세를 강화하겠다고 보고했다.
이상일 새누리당 대변인은 “3차 핵실험을 강행한 북한은 그 대가를 톡톡히 치러야 할 것”이라고 비난했다. 정성호 민주통합당 수석대변인은 “강력하게 규탄한다”면서도 “대북 특사파견과 남북정상회담 추진 등 한반도의 항구적 평화정착을 위한 실질적인 대화 노력에 나서야 한다”고 촉구했다.
이정미 진보정의당 대변인은 “북한의 핵실험은 어떠한 이유에서도 용납될 수 없다”며 “박근혜 당선자는 북한과의 대화창구를 열어야 한다”고 말했다. 통합진보당은 비상대책위원회 논평을 통해 “문제 해결을 위해 대북제재나 강경책을 들고 나오기보다 대화를 통한 한반도 평화 프로세스를 국민 앞에 즉각 제시해야 한다”고 밝혔다.