В марте 1991 года перед референдумом о сохранении СССР, агитировал население Узбекистана проголосовать за то, чтобы остаться в составе Советского Союза. Республика дала 93,7 % голосов «за» при явке в 95,4 %. Однако уже 31 августа того же года, через 10 дней после провала выступления ГКЧП, Каримов стал одним из среднеазиатских лидеров, который объявил о независимости своей республики (Аскар Акаев объявил о государственной независимости Кыргызской Республики тоже в этот день). Верховным Советом Узбекистана был принят соответствующий закон. Независимость республики была подтверждена на референдуме 29 декабря 1991 года (который прошел уже после объявления о прекращении существования СССР), где более 98 % проголосовали за независимый Узбекистан.