6日午前10時30分に北朝鮮が4回目の核実験を行った直後、日本の気象庁はマグニチュード5.1の人工的な揺れを観測、直ちに首相官邸に報告した。午前11時40分、安倍晋三首相は外交・安保関連閣僚を招集、国家安保会議（NSC）を開いた。核実験から70分後のことで、韓国より早かった。安倍首相は首相官邸に「北朝鮮による核実験実施情報に関する官邸対策室」を設置、関連省庁の幹部を集めて、「関係省庁においては緊張感をもって情報収集・分析に努め、国民に対して的は確な情報提供を行い、米国・韓国・中国及びロシアをはじめとする関係諸国と連携を図るように」と指示した。
さらに、安倍首相は衆院本会議に出席し、「今回の実験は国連安保理決議に対する明確な違反だ。国連安保理非常任理事国として韓米中露と協力し、北朝鮮に断固として対応する。北朝鮮がこれまで大量破壊兵器を搭載できるミサイルの実験をしてきたことも考えると、今回の実験は日本の安全にとって重大な脅威であり、北東アジアの平和を害するもので、容認できない」とした。
日本政府は外交ルートを通じて北朝鮮に抗議し、国連安保理に対してはこの問題をなるべく早く協議するよう要請した。防衛省は航空自衛隊T4練習機3機とC130輸送機を発進させ、放射性物質の濃度など大気中の変化を調査することを発表した。中谷元・防衛相は「（北朝鮮が）核兵器の小型化、弾頭化の実現に至っている可能性も排除できない」と述べた。
安倍政権の発足以来、日本は2014年に集団的自衛権を導入、昨年は安保関連法を改正した。今回の北朝鮮の核実験は、安保関連法改正後で初の緊急事態であり、今年後半に平和憲法改憲論議が本格化する前に起こったものだ。このため、「日本も『普通の国』になるべきだ」という安倍首相の主張が力を得て、平和憲法改憲推進に弾みがつく状況が出来上がった。