9月9日，朴槿惠总统取消访问老挝的部分行程提前回国，与日本首相安倍晋三进行通话，并在深夜紧急召开了安全状况盘点会议。

当日正午12点，朴总统与正乘坐专机在回国途中的美国总统奥巴马进行了15分钟紧急电话通话。韩美首脑这次电话通话发生在朝鲜进行核试验2小时30分钟之后，是朝鲜历次核试验后最快的一次通话。

韩国政府已开始着手制定具体应对措施。首先，韩国政府重申将通过9月6日在老挝举行韩美首脑会谈时谈到的“延伸威慑（extended deterrence）”强化对朝遏制力，并将立即着手开展相关协议。当日韩美首脑进行电话通话时也谈到了所谓的“延伸威慑”。奥巴马总统表示，“美国决定立足于《韩美相互防卫条约》，采取包括延伸威慑在内的一切可行措施，保护韩国不受朝鲜挑衅的威胁”。

外交系统也已紧急行动起来。韩国外交部长尹炳世在老挝当地接连与美国国务卿约翰·克里和日本外相岸田文雄等人进行了电话通话。韩美外交部长决定，“在联合国安理会层面填补第四轮核试验后通过的2270号对朝制裁决议中存在的漏洞（loophole），迅速采取足以令朝鲜感到致命痛击的追加制裁措施”。两位部长计划在下周联合国大会期间举行会谈。

韩半岛未来论坛理事长千英宇（前任青瓦台外交安全首席秘书官）表示，“韩美现在必须认真考虑全面修改对朝制裁内容的问题”，“制裁伊朗时中国也曾反对实施次级抵制（secondary boycott），但在美国制裁中国的昆仑银行之后，其他中国银行立刻加入了制裁队伍。这一先例值得借鉴”。

此前韩美两国推进的末段高空区域防御系统（THAAD，萨德）部署计划受到国内外的反对，但该部署计划很可能因朝鲜第五轮核试验而加快实施。因为朝鲜的接连挑衅必将削弱中国反对的理由。峨山政策研究院首席研究委员崔刚表示，“这次核试验强化了部署萨德的必要性”，“在部署萨德之外，若想应对朝鲜的潜射弹道导弹（SLBM）威胁，还必须制定具体战略，实现韩美之间约定的延伸威慑”。