박정희대통령은 3일 하오 9시 40분, 대통령공고 11호로 같은 날 하오 8시로 소급하여 서울특별시 전역에 “비상계엄”을 선포했다. 계엄 이유는 계엄법 제4조의 “교란된 질서를 유지하고 공공의 안녕질서를 유지하기 위한 것”이라고 발표했다.6·3학생시위의 규모가 3월 하순보다 작았고, 그것도 자연 해산되었는데, 과연 계엄령을 선포할 만큼 사태가 악화되었느냐는 의문이다. 한일회담에 대한 반대데모는 65년에 더욱 큰 규모로 더 오랫동안 학생뿐만 아니라 예비역 장성을 포함한 사회각계에서 치열하게 일어났지만 정작 그해에는 계엄령이 선포되지 않았다.(서중석, 「6·3사태: 64년 봄의 한일회담 반대시위」, 『신동아』, 1985년 6월호, 316쪽) 이날 학생데모가 크게 확대되자 하오 2시 30분 청와대에서 박 대통령 주재로 열린 긴급국가보안회의에서 비상계엄령을 선포할 것을 만장일치로 합의, 곧이어 하오 5시 중앙청에서 열린 임시국무회의의 심의를 거쳐 정 총리 이하 전 국무위원들의 부서를 얻어 박 대통령이 하오 8시에 서명함으로써 선포되었다. 박 대통령은 헌법 제75조 4항에 따라 계엄령 선포 사실을 이날 밤 10시 30분 이효상 국회의장에게 통고하고 임시국회를 조속히 소집하도록 요청했다.
박 대통령은 계엄령 선포에 앞서 이날 하오 4시 40분부터 약 2시간 동안 청와대에서 버거 주한미국대사, 하우즈 유엔군 총사령관과 계엄령 선포에 따른 병력 이동문제 등을 협의했는데, 미국측은 비상계엄령 선포에 반대의사를 전혀 표명하지 않았다고 정부고위 소식통은 말했다.박 대통령은 시위진압을 위해 한국군 2개 사단을 유엔군 사령관의 작전통제권에서 해제해 줄 것을 요청했는데, 이는 한미협정에 의거하여 시위 진압에 군대를 사용하는 경우, 사전에 유엔군 사령관의 허가를 받아야 했기 때문이었다. 미국 측은 이를수락했다.(6·3동지회, 『6·3학생운동사』, 역사비평사, 2001, 112쪽)
계엄 선포와 동시에 서울에는 4일 자정부터 계엄부대인 수도경비사 예하 병력이 진주했으며, 시내 요소요소는 완전무장한 군인들이 경비행위를 개시, 수도치안은 완전히 군의 손으로 넘어갔다. 3일 밤 계엄사령관에 임명된 민기식 육군참모총장은 육군본부에 계엄사령부를 설치하고 즉각 언론, 집회 등을 제한하는 포고 및 공고를 발표했다.
6·3학생 시위대는 계엄 선포 4시간 후인 4일 자정경에 해산됐고, 각급 학교는 무기 휴교에 들어갔다. 박 대통령은 계엄 중의 입법기능과 정치활동을 보장하겠다고 약속했지만, 계엄사 포고로 모든 옥내·외 집회는 금지됐다.『경향신문』 1964.6.4 석1면, 『동아일보』 1964.6.4 석1면. 계엄령 선포로 시위는 경찰과 군병력에 의해 진압되었다. 이는 외견상 4·19와 동일한 과정이지만, 4·19 때는 경찰과 대조적으로 군은 중립적 태도를 지켰고, 이러한 군의 중립적 태도가 이승만 정권의 퇴진을 불가피하게 한 주요 원인의 하나였다. 그러나 6·3시위 때는 군의 중립성이 사라졌으며, 군과 사회운동과의 대치속에서 이후 사회운동의 반군사독재적 성격은 점점 강화되었다.(이종오, 「반제반일민족주의와 6·3운동」, 『역사비평』 여름호, 1988, 59~60쪽. 민주화운동기념사업회, 『한국민주화운동사 1』, 돌베개, 2008, 438쪽, 이재오. 『해방 후 한국학생운동사』, 형성사, 1984, 231쪽)계엄사포고 제1호1. 옥내외 집회 및 시위를 금한다. 단 관혼상제 및 극장상영은 제외한다.
2. 언론출판 보도는 사전검열을 받아야 한다.
3. 일체의 보복행위를 금한다.
4. 직장을 이탈하지 못한다.
5. 유언비어를 날조 유포하지 못한다.
6. 서울특별시내의 각급 대학교와 중·고등학교 및 국민학교는 1964년 6월 4일을 기하여 별도지시가 있을 때까지 일제히 휴교한다.
7. 통금시간을 엄수하여야 한다. 통금시간은 하오 9시부터 익일 상오 4시까지로 한다. 이상 포고위반자는 영장 없이 압수, 수색, 체포, 구금한다.1964년 6월 3일
계엄사령관 육군대장 민기식『동아일보』 1964.6.4 석1면. 6·3동지회, 『6·3학생운동사』, 역사비평사, 2001, 113~114쪽계엄사포고 제2호6월 3일 하오 8시를 기하여 계엄법 제13조에 의거 비상계엄지역 내에서는 압수수색, 체포, 구속에 관하여 법관의 영장 없이 이를 집행한다.『경향신문』 1964.6.4 석1면계엄사공고 제1호계엄법 제13조 및 계엄사령부 포고 제1호, 제2항에 의거, 언론·출판의 검열을 다음과 같이 실시한다.
① 검열장소 : 서울특별시청내
② 검열시간 : (가)석간-상오 8시~하오 1시
(나)조간-하오 1시~하오 12시
(다)통신-상오 8시~하오 12시
(라)주간, 월간-하오2시~하오 4시
③ 검열대상 : (가)계엄목적상 유해로운 시사해설, 만화, 사설, 논설, 사진 등
(나)외국통신 전재사항 및 외국 각종 간행물
(다)각종 간행물 및 선전물(영화, 뉴스, 텔레비전, 필름, 연극, 기타)
④ 요령 : (가)신문은 가 인쇄원본 3부를 제출
(나)통신은 원고 3부 제출
(다) 기타 출판물 및 선전물, 공연물은 원고 또는 각본 각 2부씩 제출(영화, 뉴스, 필름, 연극, 각종 선전물)
⑤ 검열관 : 육군중령 김경수『경향신문』 1964.6.4 석1면계엄사공고 제2호계엄사는 계엄법에 의하여 다음과 같이 계엄군법회의를 설치 운영한다.
1. 계엄사령부, 수도경비사령부 및 제6군관구사령부에 계엄군법회의를 설치한다.
2. 계엄군법회의는 계엄법 제15조 및 동법 제16조에 규정된 범죄사건을 관할한다. 단, 현재 법원에 계류 중인 사건과 검찰에서 수사 중인 사건은 제외한다.『경향신문』 1964.6.4 석1면