Le 13 octobre, jour du miracle annoncé, 70.000 personnes auraient été présentes et virent le soleil danser, tourner en spirale, coloriant toutes choses aux tons de l'arc-en-ciel, puis soudain, sembler tomber vertigineusement vers la terre, pendant que la chaleur devenait intolérable. On cria; on se jeta à genoux; on demanda pardon...Et soudain, le soleil remonta à sa place... Et les 70,000 personnes qui avaient attendu sous la pluie et qui étaient trempées se retrouvent avec des vêtements propres et secs. Pendant ce spectacle apocalyptique de phénomènes cosmiques, les trois enfants purent contempler la Sainte Famille, puis Notre-Dame des Sept-Douleurs accompagnée du Christ et enfin Notre Dame du Mont-Carmel.
Mais la vision ne fit pas qu’apparaître, elle fit aussi une révélation qu’elle demanda aux petits bergers de garder secrète.
En juillet-août 1941, rédigeant son troisième Mémoire sur les apparitions, Lucie (devenue sœur Lucie) précisa, pour la première fois, que ce secret comprenait trois éléments différents : « Le secret comprend trois choses distinctes, écrit-elle, et j’en dévoilerai deux. » La troisième partie ne fut divulguée qu'en l'an 2000 par le Vatican.
Les deux premières parties du message, consistaient respectivement en une vision de l’enfer, qui avait terrifié les enfants, et enseigner comment sauver les âmes de l'enfer et obtenir la paix. Cette partie concernait la Russie, au moment où, en 1917, le pays vivait sa grande révolution marxiste.
La troisième partie du message fut divulguée le 26 juin 2000 par le Vatican. Etudiée bien avant sa révélation publique, ce message est toujours sujet à controverse ; trois questions restent en débat : l'authenticité du texte publié par le Vatican, son intégralité et son interprétation.
Il concernerait des évènements que certains estiment passés, comme la tentative d’assassinat contre Jean-Paul II, alors que d’autres soutiennent que l’évènement est à venir et annoncerait le martyre d’un pape.
Quoiqu’il soit une chapelle fut érigée en 1919 par des pèlerins sur le lieu même des apparitions.
En 1921, la dévotion à Marie fut autorisée sur le site. Après sept ans d'enquête, en 1930, les apparitions furent officiellement reconnues. La basilique néoclassique fut terminée en 1931. Les quinze autels qu’elle comporte sont dédiés aux quinze mystères du Rosaire.
Le sanctuaire, si l’on inclut l’ensemble des édifices et son immense enceinte, a une surface de 86 400 m², et peut contenir environ 300 000 personnes. Chaque année 4 millions de pèlerins et touristes se rendent à Fátima ce qui en fait le quatrième lieu de pèlerinage catholique du monde après Notre-Dame de Guadalupe au Mexique, le Vatican et Lourdes.