Nel 1919, due anni dopo le apparizioni, dinanzi all'immane flusso di pellegrini che si recavano a Cova d'Iria, Don José Alves Correia da Silva, vescovo della Diocesi di Leiria-Fatima, ordinò che fosse costituita una commissione per studiare il caso ed iniziare le indagini canoniche ufficiali. Dopo lunghi dibattiti, con la conoscenza personale ed il consenso di Papa Pio XI, nell'ottobre del 1930 il vescovo Silva annunciò i risultati dell'indagine in una lettera pastorale nella quale diceva:

1 – Dichiariamo degne di credenza, le visioni dei bambini pastori della Cova da Iria, avvenute nella parrocchia di Fátima, in questa diocesi, dal 13 maggio al 13 ottobre 1917

2 – Permettiamo ufficialmente il culto della Madonna di Fátima

Salito al soglio pontificio Pio XII, Fátima emerse sempre più: nel 1940, il pontefice parlò perfino delle apparizioni in un testo ufficiale, la sua enciclica Saeculo Exeunte Octavo, che era stata scritta per incoraggiare la Chiesa in Portogallo ad aumentare la sua attività missionaria straniera. Nell’ottobre del 1942, in risposta ad un messaggio inviatole da Suor Lucia nel 1940, Papa Pio XII consacrò il mondo al Cuore Immacolato di Maria. All’inizio del 1943, Suor Lucia spiegò che in un'apparizione le era stato rivelato che era stato accettato questo Atto di Consacrazione per contribuire a far finire prima la Seconda guerra mondiale, ma che esso non avrebbe ottenuto la pace nel mondo.

Papa Pio XII, in una lettera apostolica del 7 luglio 1952 consacrò dunque la Russia al Cuore immacolato di Maria. Il pontefice scrisse:

"Parecchi anni fa abbiamo consacrato l'intera razza umana alla Vergine Maria, Madre di Dio, così anche oggi noi la consacriamo ed in particolare affidiamo tutta la popolazione di Russia al suo cuore immacolato"

"Se Maria interpone il suo valido patrocinio, le porte dell'inferno non potranno prevalere. È la buona madre, la madre di tutti, e non si è mai sentito dire che chi ha cercato in lei protezione sia rimasto deluso. Con questa certezza il papa affida l'intero popolo di Russia al cuore immacolato della Vergine. Lei li aiuterà! Errore e ateismo non prenderanno il sopravvento contro la sua grazia e assistenza"

Il 4 maggio 1944, la Santa Sede istituì la Festa del Cuore Immacolato di Maria e due anni dopo il cardinale Benedetto Aloisi Masella, in veste di legato papale, incoronò la Madonna di Fatima “Regina del mondo”. L’intero episcopato Portoghese e più di 600.000 pellegrini si riunirono a Fatima per partecipare all’evento.

Dopo la morte della cugina, Lucia decise di abbandonare Fatima per studiare e seguire la vita consacrata. Il 17 giugno 1921 entrò nel collegio cattolico di Vilar (Oporto) diretto dalle religiose di Santa Dorotea. Nel 1925, a diciotto anni, Lucia entrò nel convento delle suore sopra citate a Pontevedra, in Spagna. Quivi, il 10 dicembre, ricevette una nuova apparizione della Madonna che le comunicò la sua "Grande Promessa", la comunione riparatrice nei primi sabati del mese:

"Guarda figlia mia, il mio Cuore circondato di spine che gli uomini ingrati in ogni momento Mi configgono con bestemmie e ingratitudini. Almeno tu vedi di consolarMi, e dì che tutti coloro che per cinque mesi, il primo sabato, si confesseranno, ricevendo la santa Comunione, reciteranno un rosario e Mi faranno compagnia per quindici minuti meditando i quindici misteri del Rosario con l'intenzione di alleviare la mia pena, Io prometto di assisterli nell'ora della morte con tutte le grazie necessarie per la salvezza di queste anime"

Successivamente, su preghiera della stessa Lucia, la confessione venne permessa anche otto giorni prima del sabato stesso. Nel 1926, Suor Lucia lasciò il convento di Pontevedra per entrare nel noviziato a Tuy dove ricevette l’abito il 26 ottobre 1926, e pronunciò i suoi primi voti il 3 ottobre 1928. Lì ricevette una nuova apparizione il 13 giugno 1929: mentre si trovava in cappella a pregare, venne irradiata dalla luce della Trinità, a fianco ad essa Maria raccomandò alla veggente di inviare una lettera al papa ordinandogli di consacrare la Russia al suo Cuore Immacolato. Poiché questo non avvenne, due anni dopo suor Lucia, mentre si trovava convalescente a Rianjio, vicino Pontevedra, ebbe un'altra visione, questa volta di Gesù stesso[senza fonte] che si lamentò per la lentezza della Chiesa ad adempiere ai suoi comandi:

"Fai sapere ai Miei ministri, che non hanno voluto soddisfare la Mia richiesta, ... come il Re di Francia si pentiranno e la faranno, ma sarà tardi. La Russia avrà già sparso i suoi errori per il mondo, provocando guerre, persecuzioni alla Chiesa: il Santo Padre avrà molto da soffrire"

Nella notte dal 24 al 25 gennaio 1938 una straordinaria aurora boreale illuminò il cielo del Portogallo: la veggente ritenne che quella fosse la grande luce predetta dalla Vergine, preludio della seconda guerra mondiale. In quell'occasione Lucia rese nota la prima parte del segreto ricevuto, quella relativa all'inferno.

Nel dicembre del 1918 una terribile epidemia di influenza spagnola si abbatté sul Portogallo, Giacinta e Francisco ne furono colpiti; la prima riuscì a guarire dopo una lunga convalescenza, il secondo invece rimase a letto malato. Il mattino del 2 aprile Lucia si recò dal cugino per assisterlo nelle sue ultime ore di vita; il mattino del 4 aprile alle ore dieci Francisco, all'età di undici anni, si spense in presenza della madre e dei familiari. Prima di morire, rivelò Lucia, disse di vedere una grande luce, poi subito scomparsa. Il suo corpo fu sepolto il giorno dopo nel piccolo cimitero di Fatima.

Giacinta qualche tempo dopo venne colpita da una pleurite purulenta e trasportata all'Ospedale di Vila Nova da Ourem. Fu una malattia parecchio dolorosa, una profonda piaga le si scavò nel petto e, dopo due mesi di degenza e il ritorno a casa, questa s'infettò in breve tempo. Il professor Enrico Lisboa decise di condurla al suo ospedale per operarla con i metodi migliori. Venne così allontanata dalla famiglia e trasferita a Lisbona nell'Orfanotrofio di Nostra Signora, sotto le cure della Superiora, Maria della Purificazione. Ma la situazione era davvero critica, il 10 gennaio del 1920 le vennero asportate due costole dalla parte sinistra, dove c'era una piaga "larga quanto una mano", senza anestesia poiché il gracile corpo dell'inferma non lo permetteva. Secondo i testimoni, la ragazzina sopportò tutto con coraggio dicendo che avrebbe offerto tutto per la salvezza dei peccatori. Alle 10:30 del 20 febbraio 1920, la ragazzina, oppressa da dolori lancinanti, morì in presenza dell'infermiera Aurora Gomez, alla quale era stata affidata, lontana da Lucia e dai genitori.

La mattina del giorno dopo, il suo corpo fu trasferito alla chiesa degli Angeli, dove rimase fino alla sera del 24. In seguito partì per Vila Nova de Ourém e fu tumulato nella cappella del barone di Alvaiazere. Trascorsi quindici anni, il 12 settembre 1935, la bara fu aperta. Il corpo, il cui volto fu trovato incorrotto, fu trasportato nello stesso giorno al cimitero di Fatima, dove rimase altri quindici anni e mezzo, fino al 30 aprile 1951. Il 1 maggio successivo, le sue spoglie mortali furono traslate nel transetto della basilica, alla sinistra dell’altare maggiore; un anno dopo il 13 marzo 1952, furono trasportate lì anche le spoglie mortali del fratello Francisco. Il 13 maggio 1989 (72º anniversario di Fatima) il Papa Giovanni Paolo II proclamò l'eroicità delle virtù di Francesco e Giacinta e li beatificò il 13 maggio 2000 proprio a Fatima, luogo delle apparizioni.

Il 13 ottobre Cova d'Iria traboccava di gente, uomini giunti da tutto il Portogallo si erano recati lì per assistere al miracolo predetto dalla Vergine. Vi erano anche parecchi giornalisti anti-clericali decisi a dimostrare come le apparizioni fossero soltanto una commedia escogitata dal parroco di Fatima. Era una giornata parecchio piovosa e tutti i fedeli si coprivano con gli ombrelli. A mezzogiorno un sacerdote si avvicinò a Lucia e l'accusò di essere una millantatrice poiché la Madonna non era ancora apparsa, poco dopo i presenti videro una nube circondare i pastorelli e l'elce. La Madonna ordinò a Lucia di far costruire in quel luogo una cappella in suo onore, dedicata alla "Vergine del Rosario", raccomandò inoltre di pregare molto poiché la guerra era in procinto di concludersi. Detto questo ascese al cielo che si aprì al suo passaggio, e accadde dunque il miracolo predetto: il sole cominciò a volteggiare, fu visibile ad occhio nudo, dopo di che sembrò cadere sulla folla atterrita, fermarsi di colpo e risalire al cielo.

Il fenomeno fu visto anche da osservatori increduli accorsi in gran numero, convinti di assistere allo smascheramento della promessa di un prodigio. Tra questi vi era Avelino de Almeida, direttore del giornale O Seculo, che era il più diffuso e autorevole quotidiano liberale ed anticlericale portoghese di Lisbona. Nel suo articolo, pubblicato il 15 ottobre 1917, de Almeida scrisse:

Dalla strada, dove i carri erano tutti raggruppati e dove stavano centinaia di persone che non avevano il coraggio sufficiente per attraversare il terreno reso fangoso dalla pioggia, vedemmo l'immensa folla girarsi verso il sole che apparve al suo zenit, chiaro tra le nuvole. Sembrava un disco d'argento, ed era possibile guardarlo senza problemi. Non bruciava gli occhi, non li accecava. Come se vi fosse stata un eclisse. Poi si udì un urlo fragoroso, e la gente più vicina cominciò a gridare – Miracolo, miracolo! Meraviglia, meraviglia! - Davanti agli occhi estasiati delle persone, il cui comportamento ci riportava ai tempi della Bibbia e le quali ora contemplavano il cielo limpido, sbalordite e a testa scoperta, il sole tremò, compì degli strani e bruschi movimenti, al di fuori di qualsiasi logica scientifica, – il sole «danzò» - secondo la tipica espressione dei contadini.

Testimonianza simile quella riportata dal dottore Almeida Garrett:

Improvvisamente udii il clamore di centinaia di voci e vidi che la folla si sparpagliava ai miei piedi ...

voltava la schiena al luogo dove, fino a quel momento, si era concentrata la sua attesa e guardava verso il sole dall'altro lato. Anche io mi sono rivoltato verso il punto che richiamava lo sguardo di tutti e potei vedere il sole apparire come un disco chiarissimo, con i contorni nitidi, che splendeva senza offendere la vista. Non poteva essere confuso con il sole visto attraverso una nebbia (che non c'era in quel momento) perché non era né velato né attenuato. A Fatima esso manteneva la sua luce e il suo calore e si stagliava nel cielo con i suoi nitidi contorni, come un largo tavolo da gioco. La cosa più stupefacente era il poter contemplare il disco solare, per lungo tempo, brillante di luce e calore, senza ferirsi gli occhi o danneggiare la retina. Udimmo un clamore, il grido angosciato della folla intera. Il sole, infatti, mantenendo i suoi rapidi movimenti rotatori, sembrò essere libero di muoversi nel firmamento, e di spingersi, rosso sangue, verso la terra, minacciando di distruggerci con la sua enorme massa. Furono dei secondi davvero terribili.

Parecchie furono le testimonianze anche dei fedeli lì accorsi:

Il sole vibrò e tremò, sembrava una ruota infuocata (Maria da Capelinha).

Il sole si tramutò in una ruota infuocata, assumendo tutti i colori dell’arcobaleno. Tutto assunse quegli stessi colori: le nostre facce, i nostri vestiti, la terra stessa (Maria do Carmo). Il sole cominciò a danzare e, ad un certo punto, sembrò staccarsi dal firmamento e correre verso di noi, come una ruota di fuoco (Alfredo da Silva Santos). Udii urla di gioia e di amore verso la Madonna di Fatima, da parte di quelle migliaia di bocche . E allora credetti. Ebbi la certezza di non essere stata vittima di una suggestione. Avevo visto il sole come non l’avrei mai visto di nuovo (Mario Godinho, un ingegnere). Nel momento in cui uno meno se lo sarebbe aspettato, i nostri vestiti risultarono completamente asciutti (Maria do Carmo).

I tre pastorelli dissero di aver visto dapprima anche la Madonna, san Giuseppe e Gesù bambino, mentre benedicevano il mondo tracciando un ampio segno di croce, successivamente apparvero loro la Vergine, in vesti di Addolorata, seguita da Gesù con la croce e la corona di spine, in seguito la sola Vergine vestita come Madonna del Carmelo. Non appena il miracolo fu concluso, la folla si riversò entusiasta sui pastorelli, Francisco riuscì a fuggire, Giacinta venne condotta via da un amico, Lucia invece si ritrovò senza velo né trecce poiché alcuni fanatici gliele avevano tagliate!.