18 maja 2009 Santos ogłosił swoją rezygnację ze stanowiska ministra obrony z dniem 23 maja. Jednocześnie zapowiedział wysunięcie własnej kandydatury w wyborach prezydenckich w 2010 w przypadku niekandydowania na to stanowisko urzędującego prezydenta Uribe. Po tym jak w lutym 2010 Sąd Konstytucyjny zakazał organizacji referendum w sprawie trzeciej kadencji prezydenta Uribe, Santos został kandydatem Partii U w wyborach prezydenckich w maju 2010. Przez długi czas pozostawał faworytem przedwyborczych sondaży. Sondaże z maja 2010 wskazywały jednak na podobny poziom poparcia Santosa i jego głównego rywala Antanasa Mockusa, byłego burmistrza Bogoty z Partii Zielonych. W czasie kampanii wyborczej deklarował wolę kontynuowania polityki prezydenta Uribe. Zobowiązał się do zdecydowanej walki z handlem narkotykami oraz organizacji przestępczymi i paramilitarnymi, w tym z FARC.