1957年，由于鱼有毒，外人再也来这里购买打上来的鱼，也没人敢吃这里的鱼了，成千上万渔民失业。1957年8月，当地成立了“水俣病患者家庭互助会”。1958年春，资方为掩人耳目，把排入水俣湾的毒水延伸到水俣川的北部。六七个月之后，这个新的污染区出现了18个汞中毒的病人，于是引起广大渔民愤怒，几百名渔民攻占了氮肥公司，捣毁了当地官方机构。但资方仍拒不承认污水毒害的事实。

1959年，熊本大学医学部水俣病研究班发表研究报告，指出水俣病与当地氮肥公司所排出的有机汞有关。1932—1966年间有数百吨的汞被排入水俣湾。1959年年底，渔民开始向氮肥公司进行示威抗议。1960年，正式将“甲基汞中毒”所引起的工业公害病，定名为“水俣病”。然而，氮肥公司立即否认此说。氮肥公司认为，它们生产中只用金属汞，不用甲基汞，因此，不可能是水俣病的来源。工厂不但没有停止排放污水，还企图掩盖真相，阻挠相关机构的调查工作，甚至买通打手，以暴力吓阻。甚至前去拍摄的美国摄影师尤金·史密斯被日本窒素公司所雇的暴徒殴打致残。

1963年，熊本大学“水俣病医学研究组”从水俣氮肥厂乙酸乙醛反应管排出的汞渣和水俣湾的鱼贝类中，分离并提取出氯化甲基汞结晶，用此结晶和从水俣湾捕获的鱼贝做喂猫实验，结果400只实验猫均出现了典型的水俣病症状。通过红外线吸收光谱分析，也发现汞渣和鱼贝中的氯化甲基汞结晶同纯氯化甲基汞结晶的红外线吸收光谱完全一致。对水俣病死亡病例的脑组织进行病理学检查，在显微镜下也发现大脑、小脑细胞的病理变化，均与氯化甲基汞中毒的病理变化相同。

直到水俣事件发生10年后，工厂主才承认负有责任。1966年，合成醋酸厂关闭，但是已给水体留下了严重的后遗症。幸存者面临极度艰难和困苦的生活，随之便是痛苦地过早死亡。许多家庭必须照料无助的受害者，其中许多是儿童。水俣湾的年轻妇女怕生孩子，因为生下的孩子万一智力迟钝或畸形，将后患无穷，他们希望自己的孩子是健康的、快乐的。

1967年8月，在400只猫以合成醋酸厂废水做试验全部得了水俣病的事实面前，氮肥公司虽然不得不承认该厂含汞废水污染带来的灾害，但仍然继续排放含汞废水。最终导致更大的灾难。日本氮肥公司既是给水俣市的崛起和日本的现代化做出重大贡献的企业，又成为甲基汞的排放者，给当地居民及其生存环境带来了无尽的灾难。居民不断向该公司提出抗议，举行游行示威。

1968年，直到新潟县阿贺野川流域发生“第二水俣病”事件，日本政府才确认两地水俣病之间的关系，但这样的迟误已造成严重的灾害和经济损失。

据1972年日本环境厅统计，水俣湾和新潟县阿贺野川下游有中毒患者283人，其中66人死亡。到1987年，该事件中毒人数超过2000人，死亡900余人。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。根据日本政府的一项新的统计，有2955人患上了水俣病，其中1784人死亡。由于中毒最早发生在水俣小渔村，故称之为“水俣病”，1997年10月，由官方所认定的受害者高达12615人，其中1246人已死亡。

回顾事件发生的原因，1925年，日本氮肥公司在这里建厂，后又开设了合成醋酸厂。水俣市1/10的人是该公司的职工。1949年公司开始生产氯乙烯，年产量不断提高，1956年超过6000吨。据调查，1932-1968年，特别是1950年前后，公司用汞作为催化剂制造醋酸和乙醛，生产过程中的副产品是甲基汞，大约有数百吨的汞未经任何处理随着废水源源不断地排放到水俣湾中。