Leadsom dikenal sebagai pendukung Brexit selama masa kampanye referendum Uni Eropa 2016. Hasil referendum ini sendiri menunjukkan bahwa mayoritas rakyat Britania Raya ingin keluar dari Uni Eropa. David Cameron lalu mengundurkan diri, dan Leadsom menjadi salah satu dari lima calon ketua Partai Konservatif yang baru. Pada putaran kedua, ia menduduki posisi kedua setelah Theresa May. Mereka berdua seharusnya melaju ke putaran ketiga yang akan melibatkan semua anggota Partai Konservatif, tetapi Leadsom mundur dari ajang ini sebelum pemungutan suara dapat dituntaskan, karena ia merasa bahwa ia tidak memiliki cukup dukungan. Ia akhirnya mendukung pencalonan May yang kemudian terpilih sebagai ketua partai dan Perdana Menteri.