11月14日，蔡英文竞选办公室宣布民主进步党副总统参选人，选择的竞选伙伴为中央研究院副院长、流行病学家陈建仁。11月27日，两人正式登记参加2016年总统选举。2016年1月16日，在第十四任总统、副总统选举中，参与对手还有中国国民党推出的朱立伦和王如玄组合，与亲民党和民国党合作的宋楚瑜和徐欣莹搭档，蔡英文的舆论调查一直大幅领先另外两组候选人。总统选举结果是蔡英文以绝对优势当选，获得6,894,744张选票（得票率56.12%），击败获得31.04%选票的对手朱立伦、和获得12.83%选票的对手宋楚瑜。