Τα παιδιά, το είπαν σε όλους τους κατοίκους του χωριού -φυσικά πολλοί δεν τους πίστεψαν- αλλά όσοι τα πίστεψαν, πήγαιναν κάθε 13 του μήνα για να δουν από κοντά την Παναγία. Ωστόσο, κανένας δεν έβλεπε την Παναγία, εκτός από τα τρία παιδιά. Στις 13 Αυγούστου ο δήμαρχος της πόλης, Αρτούρ Σάντος, συνέλαβε τα βοσκόπουλα και, βίαια, τα πίεσε να δηλώσουν ότι είχαν πει ψέματα. Τα παιδιά δεν άλλαξαν τα λεγόμενα τους αλλά κατάφεραν να πείσουν τους συγκρατούμενους τους ότι είχαν δει την Παναγία. Μερικές μέρες αργότερα, ανέφεραν ότι η γυναικεία μορφή εμφανίστηκε ξανά μπροστά τους και τους είπε ότι στις 13 Οκτωβρίου θα γινόταν θαύμα που θα έκανε, ακόμα και τους άπιστους, να πιστέψουν.
Στις 13 Οκτωβρίου, περίπου 70.000 άνθρωποι από ολόκληρη την Πορτογαλία, συγκεντρώθηκαν στη Φάτιμα. Οι περισσότεροι ήταν πιστοί της καθολικής εκκλησίας, ενώ ανάμεσά τους βρίσκονταν φωτογράφοι, επιστήμονες, γιατροί, δημοσιογράφοι και περίεργοι που πήγαν να εξακριβώσουν αν τα παιδιά έλεγαν αλήθεια ή ήταν παιδικά ψέματα.
Εκείνη την ημέρα είχε συννεφιά και ο καιρός ήταν βροχερός. Τα παιδιά έφτασαν στην περιοχή με τους γονείς τους και ξεκίνησαν να προσεύχονται. Τις πρώτες απογευματινές ώρες, η Λουσία ζήτησε από το πλήθος να κλείσουν τις ομπρέλες τους. Η βροχή σταμάτησε, τα σύννεφα διαλύθηκαν και εμφανίσθηκε ήλιος. Το πλήθος υποστήριξε ότι “είδαν τον ήλιο να «χορεύει», αλλάζοντας χρώματα που πλημμύρισαν τον ουρανό.”
Ένας από τους παριστάμενους ανέφερε:
«Νιώθω ανίκανος να περιγράψω αυτό που είδα. Κοίταξα ευθεία τον ήλιο, ο οποίος φαινόταν χλωμός και δεν ενοχλούσε τα μάτια μου. Έμοιαζε με μια μπάλα χιονιού, που περιστρεφόταν και φαινόταν ότι πλησίαζε τη γη. Τρομοκρατήθηκα και έτρεξα να κρυφτώ ανάμεσα στους άλλους, οι οποίοι έκλαιγαν και περίμεναν το τέλος του κόσμου».

Φωτογραφία που δημοσίευσε το Βατικανό από την ημέρα που συνέβη το θαύμα της Φάτιμα. Πηγή εικόνας : mixanitouxronou.gr
Η Λουσία είπε ότι η Παναγία και της ζήτησε να χτίσουν μια εκκλησία σε εκείνο το μέρος και τους ζήτησε, επίσης, να προσεύχονται συχνά. Επιστήμονες υποστήριξαν ότι εκείνη την ημέρα, στις 13 Οκτωβρίου του 1917, δεν καταγράφηκε καμία έκλειψη ηλίου ενώ άλλοι στην προσπάθεια τους να εξηγήσουν το γεγονός υποστήριξαν ότι πιθανόν να επρόκειτο για οπτική ψευδαίσθηση που προκλήθηκε από τις αντανακλάσεις του ήλιου στα σύννεφα. Πολλοί υποστήριξαν ότι ήταν μια προσπάθεια της καθολικής εκκλησίας να επαναφέρει τους πιστούς στο δρόμο του Χριστού. Το θαύμα έγινε γνωστό σε όλη την Πορτογαλία και ο χώρος που συνέβη θεωρείται ιερός ακόμα και σήμερα. Σήμερα, εκατομμύρια πιστοί, συρρέουν κάθε χρόνο στη Φάτιμα για να προσκυνήσουν στο μέρος όπου εμφανίστηκε η Παναγία. Στο σημείο έχει δημιουργηθεί και μία πηγή, στα νερά της οποίας, λέγεται πως, όποιος μπει θεραπεύεται από κάθε ασθένεια.