北韓宣稱第三度核試成功後，美國和南韓正收集大氣數據，分析核試原料，兩國亦擔心北韓會再度挑釁，其中南韓軍方正部署射程涵蓋整個北韓的巡航導彈應對。另外，安理會一致通過強烈譴責北韓。
南韓正動員海陸空裝備，探測北韓核試可能洩漏的放射性物質，分析核試所用的原料是高濃縮鈾還是鈈。在沖繩嘉手納的美軍WC-135偵察機，亦在星期三清晨飛往北韓方向，相信是要採集大氣樣本。
外界關注，北韓如果是使用高濃縮鈾，意味著核彈頭小型化進程進一步加快。美韓亦密切注視北韓會否用流動發射車，同時發射多枚彈道導彈。
韓聯社引述軍方消息人士指，北韓已經將640枚射程可達1000公里的飛毛腿導彈，及最少27架發射車，用於實戰準備，還有最少150枚射程1300公里的勞動導彈；另外亦準備14架發射車，用作發射舞水端導彈，這種導彈射程最遠達4000公里、可覆蓋美國的關島。
為了應付北韓的威脅，南韓正部署可以打擊北韓全境的巡航導彈，加快發展射程有800公里的彈道導彈，以及建立導彈防禦系統。
美日韓首腦互通電話，表明會合作加強制裁北韓。其中李明博表示，核試令北韓走入困境，奧巴馬重申，美國會履行協助南韓加強軍事防禦的承諾。而美韓兩國下星期四會在華盛頓開會，討論如何應對北韓的核威脅。
南韓候任總統朴槿惠說，北韓再繼續核試，也增加不到談判籌碼，又形容北韓只會消磨國力，最終走上自我毀滅的道路。
聯合國安理會召開緊急會議，15個成員國一致通過譴責聲明。
消息指，核試前一日，北韓向中美俄三國通報消息，中方指，已經盡了最大的外交努力，阻止北韓核試。在中朝邊境，鐵路運輸繼續正常行駛，未有受核試影響，邊境的氣氛亦未有特別緊張。
