由于没有候选人的支持率在50%以上，选举须进行第二次投票。2004年11月22日乌克兰选举委员会宣布初步统计第二轮投票的结果是总统候选人维克多·亚努科维奇得票率较为领先，引发乌克兰民众和国际观察员质疑选举舞弊，其中另一候选人维克多·尤先科的支持者涌入首都基辅独立广场进行抗议。第一轮选举结束后，欧盟并没有表态支持亲欧的尤先科，不过第二轮结束后，欧盟委员会主席巴罗佐表示要对选举进程和选举结果进行严肃、客观和公平评估，否则将影响欧乌关系。欧盟及其成员国通过欧洲安全与合作组织派出几千名观察员，对选举结果进行质疑