I juli 2010 kunngjorde han sitt kandidatur til presidentvalget 2010-2011. I presidentvalgets første runde 28. november 2010 fikk Martelly og Mirlande Manigat flest stemmer uten at noen av dem vant mer enn 50 %. Fem av de utslåtte kandidatene støttet Martelley i andre runde, også den haitiske musikeren Wyclef Jean, som ikke fikk lov til å stille som kandidat selv, støttet ham. Den 4. april 2011 viste foreløpige valgresultat at Michel Martelly hadde vunnet valget, men offisielle resultater var først ventet å komme 16. april.