２２日午前５時５９分ごろ、福島県近海でマグニチュード７．４の強震が起き、原子力発電所施設の一部で稼動が一時中断し、新幹線の運行に影響が出た。地震直後に福島第２原発３号機の使用済み核燃料貯蔵施設の冷却装置が停止したが１時間２７分で再稼働した。ここには２５４４個の核燃料が貯蔵されている。また、福島県と山形県を結ぶ山形新幹線なども運行が中断したが後に再開した。地震により福島県などで１３人が重軽傷を負ったと時事通信は伝えた。

日本の気象庁は地震が起きると同時に津波警報を発令し、宮城県の仙台港では高さ１．４メートルの津波が観測されたりもした。津波警報・注意報は午後０時５０分に解除された。　気象庁は「今後１週間程度は最大震度５弱程度の地震が起き津波が再び発生する可能性がある。地震発生後２～３日程度は規模が大きい地震が発生する可能性がある」と注意を呼びかけた。

地震後の官民の災害対応システムは完璧に近いほどだった。公共放送のＮＨＫは正規放送を中断して緊急災害放送に切り替えた。ＮＨＫのアナウンサーは緊迫した声で「東日本大震災を思い出してください。命を守るために急いで避難してください」と呼びかけた。また「いますぐにできるだけ高いところ、海岸から遠くに逃げてください。周囲の人たちにも避難を呼びかけながら避難してください」と繰り返し放送した。画面には「つなみ！　にげて！」という文字をずっと表示していた。民放も地震直後に災害放送を送出した。放送の緊急対応は今回の地震が１万５８９４人の死亡者と２５５７人の行方不明者を出した２０１１年３月の東日本大震災とほぼ同じ地域で起きた上に、津波警報が発令されたのに伴ったものだ。

日本政府は地震発生から３分後の午前６時２分に首相官邸の危機管理システムを稼動し、自治体などと共同対策準備に入った。アルゼンチンを訪問中の安倍晋三首相は午前７時ごろに現地で緊急記者会見を行ない対応に万全を期すよう指示した。菅義偉官房長官は午前７時３９分ごろに会見し、「福島で最大９０センチの津波が観測された。住民は安全な場所に避難してほしい。福島第２原発３号機の使用済み核燃料貯蔵施設の冷却施設が停止したが燃料流出などの問題はない」と説明した。同時刻に福島県と宮城県の海岸部では自治体と消防当局、警察が車両を動員して避難を呼びかける放送をした。