初回放送時の視聴率は名古屋地区で平均9.1%、関東地区で5.3%<ref>名古屋テレビ「GUNDAM HOMEPAGE PROJECT」より。外部リンク参照</ref>と振るわなかった。

視聴率低迷のため、スポンサーの要望により量産型の他に、いわゆる「やられメカ」を毎回出すことになった。試作機が投入されたという設定で グフやドムなどの新MSやモビルアーマーが登場したが視聴率は好転しなかった<ref name="Gmono" /><ref group="註">本作が放送された土曜夕方五時半時間帯は子どもが主な視聴層で、彼らには本作の「内容が難しすぎた」と指摘されている（キネマ旬報社『キャラクタービジネス その構造と戦略』）</ref>。

視聴率低迷は関連商品の不振につながった<ref name="GS"></ref>。スポンサーから「シャアという陰気なキャラクターがいけない」と指摘され作中でシャアを左遷したが、「何でシャアが出ないのだ」という抗議の手紙が殺到した<ref name="AB"></ref>。こうした手紙は中高生のファンからであり、サンライズ側の当初の狙い通り、本作には中学生以上のファンがついていた<ref name="GS"/>（ちなみに名古屋テレビの関岡渉によると左遷どころか殺す予定だったそうである。関岡がスタッフを説得して取りやめになったとのこと<ref name="nikki"></ref>）。

その後もテコ入れが試みられたが(後述)、視聴率も売り上げも挽回できず全52話の予定が全43話に短縮される形の打ち切りとなった<ref group="註">当初の52話分の構想について、富野がそれを記した「トミノメモ」と呼ばれるものが存在している。『機動戦士ガンダム 記録全集5』などで、打ち切りによって変更された部分を読むことが出来る。またこれに書かれたMSの名前などの中には、後に続編やモビルスーツバリエーションの中で用いられたものもある</ref>。

ところが打ち切りが決まった直後から人気が上昇。最終回でアムロは死ぬ予定だったが関岡が人気の盛り上がりから再放送や続編制作が期待できるため反対して取りやめになった<ref name="nikki" />。また、放送当時からアニメ雑誌がたびたび熱意ある特集記事を組むなど、中高生、特に女子を中心に口コミで徐々に評判が高まった<ref group="註">サンライズの植田益朗は、放送当初は6割くらいが安彦良和の絵を好む女性ファンだったとしている（竹書房『新機動戦記ガンダムW パーフェクト・アーカイブ・シリーズ10』） </ref>。本放送終了後もアニメファンによる再放送要請嘆願署名が行われるなど熱意は衰えず、これらを受けてクローバーは再放送を決定した<ref name="MDR81"></ref>。こうして再放送、再々放送が重ねられ、世間一般へ本作が浸透していった。再放送では平均視聴率も10%を超え、1982年における再放送では名古屋地区で25.7%（最高視聴率29.1%）を記録した。

放映終了半年後にバンダイから発売されたMSのプラモデルが爆発的な売れ行きを見せ、『ガンプラ』と呼ばれた(後述)。後の劇場版公開もあわせ、社会現象ともいえるブームを巻き起こした。その後も本作と世界観や設定、歴史などを踏襲、あるいは共有する小説や漫画が数多く制作された、メディアミックスの先駆けともいえる作品である。

一方で、作中におけるMSの描写やニュータイプの存在に対して高千穂遙がSF考証の観点から批判する意見を述べ「ガンダムSF論争」を巻き起こした。