Til tross for forgiftningen var Jusjtsjenko i stand til å gjennomføre valgkampen. I første valgomgang fikk han 39,87 % av stemmene, mens hovedopponenten Viktor Janukovytsj fikk 39,32 %. Siden ingen av kandidatene fikk over 50 % av stemmene, ble det avholdt en andre valgomgang. I dette fikk Janukovytsj flest stemmer, og han ble også erklært som vinner av valget. På grunn av påstander om valgfusk bestemte Ukrainas høyesterett at det skulle holdes en tredje valgomgang den 26. desember 2004. Jusjtsjenko gikk seirende ut av denne valgomgangen og ble innsatt som president i Ukraina den 23. januar 2005. Denne seieren har blitt omtalt som oransjerevolusjonen.