W styczniu 1981 otrzymał rekomendację partii na stanowisko premiera. W głosowaniu z 22 lutego nie uzyskał jednak większości. Kolejne głosowanie, przewidziane na 23 lutego, nie odbyło się z uwagi na krótkotrwały i nieudany zamach stanu (zwany 23-F). Do 24 lutego deputowani byli wówczas przetrzymywani jako zakładnicy przez zamachowców z Guardia Civil dowodzonych przez Antonia Tejero. Ostatecznie 25 lutego niższa izba Kortezów Generalnych przegłosowała jego kandydaturę na premiera. Również w 1981 objął stanowisko przewodniczącego UCD. W trakcie jego urzędowania Hiszpania dołączyła do NATO. Wybory w 1982 zakończyły się jednak całkowitą porażką centrystów. Leopoldo Calvo-Sotelo ustąpił z kierowania partią, a w grudniu tegoż roku urząd premiera objął Felipe González z Hiszpańskiej Socjalistycznej Partii Robotniczej.