2015年9月26日、大阪維新の会は同年11月実施の大阪府知事選挙に松井を擁立することを正式に決定、松井は再選を目指し出馬することとなった。10月1日、次期知事選挙への立候補を正式に表明した。11月22日、202万5387票を獲得し、元大阪府議会議員の栗原貴子（自民党推薦、民主・共産支援）、元大阪府立高校教諭の美馬幸則を破り再選された。2015年12月12日、おおさか維新の会および大阪維新の会の代表に就任。2017年、2025日本万国博覧会誘致委員会会長代行に就任。