O sismo causou dezenas de deslizamentos de terra que soterraram várias casas.
As equipas de resgate procuram agora sobreviventes entre os escombros e há registos de pelo menos 30 pessoas desaparecidas.
Mais de três milhões de habitações estão sem eletricidade, os transportes públicos estão paralisados e as escolas encerradas.
O primeiro-ministro japonês, Shinzo Abe, disse que 25 mil soldados e outros funcionários serão deslocados para a região para ajudar nas operações de resgate.
A central nuclear de Tomari, em Hokkaido, recorreu a geradores de emergência para arrefecer o combustível, depois do corte de energia que afetou Hokkaido.
O terramoto ocorreu a 62 quilómetros a sudeste da capital regional, Sapporo, a 40 quilómetros de profundidade, apenas dois dias depois de um tufão ter devastado a região oeste de Osaka.
Uma réplica de magnitude 5,3 foi registada alguns momentos depois em Hokkaido.
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