自民党では、同党に所属する下村博文や橋本聖子、丸川珠代、小池百合子など地元選出の国会議員を中心に擁立する動きがあったが本人が固辞するなど候補決定までは至らなかった。一方の民主党も同党に所属する蓮舫やジャーナリストの鳥越俊太郎、キャスターの村尾信尚らに立候補を打診したが全て固辞された。
その後、細川が掲げる「原発ゼロ」に考え方が近いとして生活の党と結党から間もない結いの党が独自に細川を支援することを決定。しかし、民主党の支持母体である連合東京は舛添の推薦を決め、民主党との対応が分かれた。
一方、共産党や社民党を中心とした革新陣営は、前回の都知事選でも推薦していた宇都宮を今回の都知事選でも推薦し、宇都宮は実質的な革新統一候補となった。ただ、社民党内では宇都宮の推薦決定後に、宇都宮と同様「脱原発」を訴える細川が出馬を表明したため、党内で脱原発を訴える候補の一本化を求める意見が浮上していたが、最終的に一本化は不可能として宇都宮の推薦に落ち着いた。共産党・社民党の他、緑の党・新社会党も前回に続いて宇都宮を推薦した。
また、日本維新の会とみんなの党は自主投票を決めた。日本維新の会では共同代表の石原慎太郎などを始めとした同党所属の国会議員の一部が独自に田母神を支援した ほか、松野頼久国会議員団幹事長、小沢鋭仁国会対策委員長ら日本新党出身者が独自に細川を支援するなど、対応が分かれた。
この他、舛添が所属していた新党改革は舛添の離党と都知事選での支援を決定 し、維新政党・新風が田母神の支持を決定。前回の都知事選で宇都宮を推薦していた地域政党の東京・生活者ネットワークは党本部が自主投票を決定 したが、同党を母体とする東京都議会の都議会生活者ネットワークは、独自に細川を支援することを決めている。新左翼各派は、日本革命的共産主義者同盟 (JRCL)・民主主義的社会主義運動（MDS）・労働者社会主義同盟の各団体が宇都宮を支持したが、革命的共産主義者同盟全国委員会（中核派）・都政を革新する会は独自候補として鈴木達夫を擁立した。
選挙結果.
出口調査.
報道各社は、都知事選が行われたのに伴い都内の各投票所で出口調査を行った。
支持政党別投票動向.
支持政党別の投票先割合（グラフ）
（出典）