1917년 5월 13일, 인구 1만 명의 작은 마을 파티마의 한 목초지에서 양치기하며 사는 열살의 루치아, 일곱 살의 히아친타, 아홉 살의 프란치스코 등 세 명의 어린이는 코바 다 이리아(Cova da Iria)에서 함께 작은 돌담을 쌓으며 놀고 있었다. 그러던 중 갑자기 번개와 같은 섬광이 내려치면서 아이들 앞에 있는 작은 떡갈나무 위에 성모 마리아가 나타났다.
루치아는 당시 자신이 목격한 성모의 모습에 대해 “지금까지 어느 곳에서도 본 적이 없는 매우 아름다운 부인이었는데 그 부인이 입은 옷은 반짝거리는 물이 채워진 수정 유리보다 더 강하고 밝은 빛을 쏟아내는 찬란한 것이었다. 부인이 입은 옷은 발밑에까지 늘어뜨려졌으며 그 경계 부분은 별들로 장식되어 있었다. 나이는 열여섯 살 정도 되어 보이며 표현할 수 없이 아름다운, 천상의 빛으로 가득한 용모를 지니고 있었다. 하지만, 무엇인지 생각에 잠긴듯한 슬픔도 배어 있었다. 가늘고 섬세한 그 부인의 손은 진주 같은 것으로 엮어진 묵주를 들고서 가슴 부분에서 서로 맞잡고 있었다.”라고 설명하였다.
루치아의 진술에 따르면, 성모는 세 아이에게 일명 ‘파티마의 비밀’이라고 불리는 세 가지 비밀을 털어놓았다고 한다. 그녀는 아이들에게 죄인들의 회개를 위해 기도와 고행을 바치라고 당부했다. 그 말을 들은 아이들은 낮 동안만 고통을 가져오는 굵은 밧줄을 허리 맨살에 단단히 묶고 다녔으며, 더운 날에 물을 마시지 않았으며, 그 밖에도 고행을 위한 여러 가지 일들을 하였다. 루치아의 말에 따르면, 그 가운데 가장 중요한 것은 개인과 세계 평화를 기원하며 묵주 기도를 자주 바치는 것이었다고 한다.
어느새 환시와 기적에 대한 소문이 알려지게 되면서 수천 명의 사람이 몇 달 동안 계속 떼를 지어 파티마와 알주스트렐을 방문하기 시작했다. 1917년 8월 13일, 이 사건을 포르투갈을 분열시키려는 정치적 술책이라고 믿은 지방 행정관은 아이들이 코바 다 이리아(Cova da Iria)에 도착하기 전에 체포하여 근처에 있는 오우렘에 감금하였다. 지방 교도소에 갇혀 있는 동안 아이들은 입소자들을 위로하며 친하게 지냈으며, 나중에는 그들의 마음을 움직여 다 함께 무릎을 꿇고 묵주 기도를 바쳤다. 행정관은 성모 마리아가 일러준 비밀들의 내용을 실토하라면서 아이들을 심문했지만, 소용이 없었다. 그 과정에서 그는 비밀들을 알려주지 않을 시 끓는 기름 가마 속에 한 명씩 산 채로 집어넣겠다는 협박까지 하였다. 그러나 아이들은 오히려 저항하며 끝내 입을 열지 않았다. 그들이 투옥당한 사건이 있은 지 얼마 지나지 않은 1917년 8월 19일, 성모는 발리뇨스에 있는 목초지에서 어린이들에게 다시 발현하여 매달 13일에 코바 다 이리아(Cova da Iria)에 계속 나와야 한다고 말했다.
파티마에서의 세 번째 발현인 1917년 7월 13일에 성모 마리아는 아이들에게 발현이 실제 일어났다는 것을 다른 모든 사람이 믿도록 커다란 기적을 만들어 보이겠노라고 약속하였다. 그 말대로 다음 달인 10월 13일에 ‘태양의 기적’이라고 불리는 사건이 일어났다. 루치아의 성모 마리아의 말을 그대로 사람들에게 이야기해주자, 신문기자와 사진기자까지 포함해서 대략 70,000명의 사람이 코바 다 이리아(Cova da Iria)로 몰려들기 시작하였다.
성모 마리아가 약속한 날짜인 10월 13일이 되자 시커먼 구름이 하늘을 완전히 뒤덮고 곧 엄청난 비바람이 몰아쳤다. 오후 1시경이 되자 하늘을 뒤덮은 먹구름들이 갑자기 물러갔으며, 비도 그쳤다. 그리고 태양이 두꺼운 구름층을 뚫고 나와 묘한 은빛 원반처럼 회전하기 시작하였다. 루치아는 군중을 향해 태양을 보라고 크게 소리쳤다. 루치아가 태양을 응시하는 동안, 하늘에는 여러 성인이 나타났고, 태양은 불 바퀴처럼 빠르게 회전하면서 여러 가지 색깔의 광선들을 발산하며 지상을 물들였다. 잠시 후, 태양은 하늘을 가로질러 지그재그 모양으로 전진하면서 지상을 향해 엄청난 속도로 떨어졌다가 다시 제자리로 돌아갔다. 이 현상은 그곳에 있었던 사람들뿐만 아니라 수십 km 떨어진 인근 마을의 주민들도 모두 목격하였다. 그리고 앞서 내렸던 비에 의해 젖었던 모든 물체가 마치 강한 열기를 받은 듯 순식간에 말라버렸다.
포르투갈에서 가장 영향력 있는 신문으로 친 정부적·반 교회적 성향을 공공연히 드러냈던 《오 세쿨로》(O Século)의 칼럼니스트 알베리노 드 알메이다는 당시 현장에서 목격한 현상에 대해 “엄청난 인파가 구름 속에서 삐져나와 하늘 한가운데에 있는 태양을 쳐다보았다. 하늘을 좀 더 자세히 보려고 모두 모자를 벗고 있던 군중의 놀란 시야 앞에서 태양이 우주의 법칙을 벗어난 믿을 수 없는 움직임을 보이며 흔들리고 있었다. 많은 사람이 이구동성으로 하는 표현을 빌리자면 태양이 춤을 추었던 것이다.”라고 보도하였다.
리스본의 매일 일간지 《오 디아》(O Dia)는 1917년 10월 17일자에서 “마치 태양에 투명한 베일을 씌운 것처럼 사람들은 아무 어려움 없이 쳐다볼 수 있었다. 태양은 우중충한 회색으로 빛나는 은반 모양이 되었고 서서히 빛이 퍼져서 구름 사이를 헤치고 나왔다. 회색빛 천으로 덮은 듯한 은빛이 나는 태양이 물러나며 구름 사이에서 빙글빙글 돌며 주춤거리는 것이 보이기 시작했다. 대성당의 스테인드글라스 유리창을 통하여 빛나는 것처럼 빛은 푸른색으로 바뀌어 커다란 회전바퀴 축에서 퍼져 나가듯이 빛이 퍼져 나갔다. 서서히 푸른빛이 사라지고 이제는 노란색 스테인드글라스를 통과한 것처럼 보였다. 노란색 점들이 하얀색 면사포와 검은색 치마로 쏟아져 내렸다. 노란색 빛은 낮은 곳에 있는 떡갈나무와 바위들, 언덕까지도 한없이 물들였다. 모든 사람은 기대했던 기적의 웅장함에 압도되어 흐느꼈으며 모자를 벗고 기도하였다. 몇 초간의 시간이 몇 년처럼 느껴졌고 그들은 살아온 보람을 충분히 느꼈다.”라고 보도하였다.
시인 알폰소 로페스 비에이라와 학교 교사 델피나 로페스와 학생들의 당시 목격담에 따르면, 태양의 기적 현상은 최고 40km 떨어진 곳에서도 목격되었다고 한다.
그런데 모든 목격자들이 이런 '춤추는 태양' 현상을 목격한 것은 아니었다. 이날 파티마와 인근 지역 외에는 어디에서도 태양의 이상 현상을 목격하지 못했으며, 천문학자들도 태양 관측에서 별다른 징후를 감지하지 못했다. 어떤 사람들은 단지 태양의 광채 색깔만 봤다고 하며, 천주교 신자들 중 어떤 이들은 전혀 아무것도 목격하지 못했다고 증언했다.