１６日午前１時２５分ごろ、熊本県熊本地方を震源とする強い地震があり、熊本市や同県南阿蘇村などで震度６強を観測した。推定マグニチュード（Ｍ）は７・３。阪神大震災（１９９５年）級で、気象庁は一連の地震の「本震」とする見解を示した。同日午前３時５５分ごろにも同県で震度６強の地震が発生。１４日の地震について専門家は被害が局所的と指摘していたが、１６日に相次いだ余震の震源域は熊本地方から阿蘇地方や大分地方にも広がり、被害が拡大した。

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本震後に、他の地域で別々に規模の大きな地震が発生し、気象庁も異例の事態という見解だ。熊本県阿蘇地方では、１６日午前３時台にＭ５・８の地震が２回発生。大分県中部でも午前７時すぎにＭ５・３の地震が起きた。

１４日の被害が主に熊本県に限られていたのに対し、今回は熊本、大分、福岡、佐賀の各県で建物の倒壊や損壊、土砂崩れなどが発生。熊本県警によると、１６日午後８時５５分までに熊本県で３２人の死亡が確認された。１４日以降の死者は４１人となり、重傷者は１８４人にのぼる。

熊本県の南阿蘇村や西原村は１６日未明の地震で甚大な被害が出た。南阿蘇村では東海大学農学部の学生らが住むアパートが倒壊して約１０人が一時下敷きになったほか、地震で阿蘇大橋（全長２００メートル）が崩落。西原村でも住宅の倒壊で死者が出た。両村は被害状況を把握しきれておらず、死者や負傷者は増える可能性がある。

熊本県内では他の自治体でも被害が相次ぎ、県警の１６日午後４時現在のまとめでは、１１０番通報は生き埋めや下敷きが４４件、家屋倒壊の閉じ込めが１２３件、火災が９件。熊本市消防局は同日午後５時までに同市中央、東、南、北の各区と益城（ましき）町で計６人を心肺停止状態で救急搬送した。

熊本県内で死亡した４１人のうち、身元が判明した３９人の大半は家屋倒壊による圧死や窒息が原因だった。

被害の広がりに伴い、いったん減少した避難者数も再び急増。同日午後２時半現在で、約９万２千人が計６８６カ所の避難所に身を寄せ、救援物資や炊き出しなどの支援を受けている。

ライフラインへの影響も深刻だ。九州電力によると、１４日の地震後は停電が１万４５００戸から１万２３００戸まで減っていた。ところが本震後の１６日午後５時現在で約１０万４千戸が停電。水道施設では、全３２万戸が断水している熊本市をはじめ、県内で約３７万３６００戸が断水し、各地に給水車が出動している。

熊本市中央区の熊本城では国指定重要文化財の「東十八間櫓（やぐら）」と「北十八間櫓」が土台の石垣とともに崩れ落ちた。一部は真下にある「熊本大神宮」の社務所の屋根を突き破った。同県宇土（うと）市では、築約５０年の市役所本庁舎が損壊した。

熊本県以外にも被害は広がり、一部損壊などの建物の被害は福岡県で２０６件、大分県１３件、佐賀県１件などで、各県でけが人も出た。

１６日の地震で熊本県を中心に交通網が寸断。ＪＲ九州によると、１６日未明の地震直後、同県阿蘇市の豊肥線赤水駅付近で回送列車が脱線し、近くでは土砂崩れで線路が流された。在来線は鹿児島線荒尾―八代駅間など６区間で終日運転を見合わせた。九州新幹線も復旧の見通しが立たない。

高速道路は九州自動車道植木―八代ＩＣ間などで通行止めが続く。熊本空港は施設の損傷で閉鎖され、１６日の全便が欠航した。

大雨への警戒も行われた。気象庁によると、前線を伴った低気圧が急速に発達しながら北東に進み、熊本県などでは、１７日明け方にかけて雷を伴って激しい雨の降るおそれがある。熊本県内は、多いところで１時間４０ミリの豪雨が予想され、１６日午後６時からの２４時間雨量が１５０ミリに達するという。気象庁は土砂災害への警戒を呼びかけ、熊本県内では１６日、西原村が布田（ふた）川流域の住民約４０戸に避難指示を出したほか、阿蘇市や南小国町など７市町が避難勧告を出して警戒を強めた。活発な地震活動で地盤が危険な状況になっており、気象庁は熊本、大分、福岡、佐賀、長崎、宮崎の６県で震度５強以上を観測した市町村の土砂災害警戒情報の発表基準を引き下げた。また、この地域の大雨警報・注意報の基準も引き下げた。斜面の近くなど危険な地域の住民の早期避難を求めている。