Am 22. Mai 2016 wurde er als Nachfolger von Ahmet Davutoğlu zum AKP-Vorsitzenden gewählt und trat damit dessen Nachfolge als türkischer Ministerpräsident an. Als Priorität seiner Amtszeit führte Yıldırım die von Präsident Erdoğan vorangetriebene Einführung eines Präsidialregimes an. Am 24. Mai 2016 stellte er seine Regierung vor.