朝鲜强行进行核试验的行为遭到了各国政府的一致谴责。美国在凌晨1点50分（当地时间）发布了总统特别声明；日本政府紧急召开最高安全会议，开始探讨独自对朝进行追加制裁的方案；正处于最大传统节日春节假期的中国也迅速发布了谴责声明。

美国总统奥巴马2月12日凌晨（当地时间）表示“朝鲜第三次核试验是严重的挑衅行为”。2012年12月朝鲜发射远程导弹当时，美国仅以白宫国家安全委员会（NSC）的名义发表了声明。此次奥巴马总统在特别声明中表示“朝鲜宣布进行了第三次核试验”，“这不仅危害地区安全，违反了多个联合国安理会决议，也违背了2005年9·19共同声明的协议，增大了核扩散的危险” 。美国在探讨联合国安理会制裁方案的同时，也在探讨单独的应对方案。

中国外交部当天发布声明表示“实现半岛无核化，防止核扩散，维护东北亚和平与稳定，是中方的坚定立场”，“朝鲜民主主义人民共和国不顾国际社会普遍反对，再次进行核试验，中国政府对表示坚决反对”。正处在春节假期的中国外交部进入紧急办公状态，以掌握事态发展。外交部还表示，外交部长杨洁篪当天召见朝鲜驻华大使池在龙，进行了严重抗议。杨部长要求“朝方停止采取进一步激化局势的言行，尽快回到对话协商的正确轨道”。

北京某高层外交消息人士2月12日表示“据悉，前一天中国收到朝鲜即将进行核试验的通报之后，中国外交部与中国共产党对外联络部和军方核心指挥层已经讨论了具体的对应方案”。该消息人士介绍中国的气氛称“因为中国事前就已经知道了朝鲜进行核试验的事实，所以并没有表现出任何慌张或混乱，中国政策当局一致认为，这次情况比以往任何时候都要更加严重”。

联合国事务总长潘基文2月12日谴责称“朝鲜无视了国际社会要求朝鲜停止挑衅行为的呼声”。联合国发言人奈吉尔吉在声明中表示“朝鲜核试验明确违反了联合国安理会的对朝决议”。

日本政府计划单独采取对朝追加制裁。日本首相安倍晋三当天紧急召开了最高安保会议，在之后的记者会上，他表示“日本将与国际社会合作，采用一切手段，包含日本的单独制裁措施，来应对朝鲜的核试验行为”。

俄罗斯外交部长拉夫罗夫要求“朝鲜马上放弃开发核武器，回到六方会谈中来”。