El 7 de noviembre de 2011, Cocchiola anunció que fue seleccionado el candidato opositor para la Alcaldía de Valencia en las elecciones municipales de 2013, esta vez con el apoyo de Proyecto Venezuela resultando electo el 8 de diciembre de 2013. Cocchiola tuvo la tarea de administrar la tercera ciudad más grande del país en el transcurso de la crisis política y socioeconómica venezolana. En agosto de 2016, el Concejo Municipal valenciano, de mayoría chavista pero que contó con el apoyo de los concejales opositores, inició una investigación contra Cocchiola por presuntos hechos de corrupción en el manejo del aseo urbano.