Główny wstrząs był poprzedzony serią mniejszych o maksymalnej magnitudzie dochodzącej do 7,2 w dniu 9 marca. Ich epicentra znajdowały się w odległości ok. 40 km od epicentrum z 11 marca. Trzy większe wstrząsy 9 marca osiągnęły siłę 6,0. Dnia 11 marca zanotowano dalsze: początkowy o magnitudzie 9 o godz. 14:46 czasu lokalnego, kolejny o magnitudzie 7,0 o 15:06, 7,4 o 15:15 oraz 7,2 o 15:26. Ponad sto wstrząsów wtórnych o magnitudzie 4,5 lub większej odnotowano tego dnia na terenie Japonii.
Na minutę przed największym wstrząsem 11 marca specjalny japoński system ostrzegania, odbierający sygnały z ok. 1000 sejsmografów na terenie kraju, spowodował nadanie informacji alarmowej w transmisjach telewizyjnych. Uchroniło to wielu Japończyków od nieprzewidywalnych konsekwencji.
Jeden z kolejnych poważniejszych wstrząsów o magnitudzie 6,7 zanotowano 12 marca o godz. 3:59 czasu lokalnego. Hipocentrum znajdowało się na głębokości 10 km w prefekturze Niigata, w zachodniej części wyspy Honsiu. Zanotowały go sejsmografy w prefekturze Nagano. Odnotowano silne wstrząsy wtórne.