W niedzielę, 13 października miało miejsce ostatnie w tym roku nabożeństwo fatimskie. 13 października 1917 r. w okolicach Cova da Iria zebrało się około 70 tysięcy ludzi, którzy modlili się i śpiewali. Wielu oczekiwało na obiecany przez Matkę Bożą cud. Byli też przedstawiciele rządowej prasy, którzy liczyli na to, że żadnego cudu nie będzie i dzieci się skompromitują.
Matka Boża przybyła tak jak zawsze i ukazała się dzieciom. Ujawniła, że jest Naszą Panią Różańcową (po polsku nazywaną Matką Bożą Różańcową). Nakazała wybudować w tym miejscu kaplicę na Jej cześć. Powiedziała także, że wojna dobiega końca, a żołnierze wkrótce wrócą do domów. Ostatnie Jej słowa brzmiały: „Niech przestaną obrażać Boga, On zniósł już zbyt wiele zniewag”. Po tych słowach uniosła się ku słońcu, które przedarło się w tej chwili przez chmury. Obok słońca dzieci zobaczyły św. Józefa z Dzieciątkiem Jezus błogosławiących światu, Maryję pod postacią Matki Boskiej Bolesnej, a następnie Matki Boskiej z Góry Karmel, aż wreszcie dorosłego Pana Jezusa.
Wtedy też zdarzył się Cud Słońca, dzięki któremu cała Portugalia uwierzyła w objawienia. Według relacji, tarcza słońca zawirowała, a potem słońce krążyło wokół własnej osi z zawrotną szybkością. Ludzie byli przerażeni. Zachowując tempo rotacji, słońce oderwało się od firmamentu, przybrało czerwony kolor i zbliżało się do ziemi, jak gdyby miało spaść. Ludzie zaczęli krzyczeć z przerażenia. Niektórzy zaczęli się głośno spowiadać ze swoich grzechów, sądząc, że „to jest koniec świata”. Wielu stało, lecz wielu klęczało i płakało, modląc się.