Янукович и Тимошенко по сложившейся избирательной традиции разделили свой электорат в восточных и западных областях. Янукович со свойственной ему пророссийской риторикой был недосягаем для своих конкурентов в юго-восточных регионах страны. Харьковская, Днепропетровская и Запорожская области, а также Крым отдали за него более 60% голосов, а Донецкая и Луганская — более 75%. Даже в Закарпатской области Януковичу удалось забрать 30% избирателей, благодаря русинам, населявшим эту область и традиционно голосовавших за прорусских кандидатов в парламент или в президенты.
Тимошенко поддержали центральные и западные регионы страны, ориентировавшиеся на европейский вектор развития. Она отобрала голоса Виктора Ющенко в его же областях, однако на своей родной Днепропетровщине поддержку не получила, набрав еле-еле 15% голосов. Любимыми «вотчинами» Юлии стали Волынская (почти 54%), Винницкая (43%), Житомирская (32,6%), Черниговская (42,7%) и Киевская область со столицей. Интересно отметить, что в местах лишения свободы, где заключенные участвовали в выборах, бывший зэк Янукович не имел особого успеха. Леди Ю получила там более 50%, а ее конкурент Янукович — 25%.
Международные наблюдатели позитивно оценили первый тур президентских выборов, считая, что он прошел по всем европейским канонам при свободной конкуренции кандидатов и без серьезных нарушений. Как заявил специальный координатор миссии наблюдателей ОБСЕ Жоао Суареш, «эти выборы были очень хорошими. Это были высококачественные выборы», «шаг вперед по сравнению с предыдущими выборами». При этом Суареш отметил, что избирательная кампания прошла спокойно и организованно, а опасения по поводу массовых фальсификаций не оправдались.
Разрыв голосов между Януковичем и Тимошенко после первого тура составил 10%, что потребовало от кандидатов приложить максимум усилий для победы во втором туре. У Тимошенко после первого тура, когда из предвыборной борьбы выбыли ее бывшие соратники по Оранжевой революции и по многочисленным парламентским коалициям, отнимавшие голоса ее электората, казалось, теперь было много шансов сократить разрыв и даже одержать победу.
Второй тур президентских выборов был назначен на 7 февраля. Уже на третий день после первого тура Тимошенко пыталась договориться со своим земляком Тигипко и его партией «Сильная Украина», а также с Яценюком и его «Фронтом перемен», чтобы они поддержали ее кандидатуру, пообещав им в случае победы высшие государственные посты. Тигипко был обещан пост премьер-министра. Яценюку — тот же пост.
Однако лидеры этих партий, учитывая настроение своих избирателей, дистанцировавшихся и от Тимошенко, и от Януковича, не стали давать Тимошенко обещаний. В свою очередь Виктор Янукович поступил также, предложив лидерам партий, не вышедших во второй тур, отдать голоса за него, пообещав в случае, если станет президентом, распустить парламент и назначить досрочные выборы.
Янукович и его окружение прекрасно понимали, что если Тимошенко проиграет президентские выборы, она постарается взять реванш на парламентских выборах, поэтому одна из задач, которую ему придется решать как новому президенту — нейтрализация и изоляция Тимошенко, вечного противника на политическом небосклоне страны.
В отличие от первого тура, во втором в борьбе все средства были хороши. Забрала были опущены, битва была жесткой и жестокой. Состоявшийся 7 февраля 2010 года второй тур голосования окончательно определил победителя в президентской гонке в Украине. Им стал лидер Партии регионов Виктор Янукович, получивший 48,95% (12.481.268 избирателей). Юлия Тимошенко набрала 45,47% (11.593.340 избирателей).
Электоральная география претендентов осталась прежней — юго-восток и Крым за Януковича, центр и запад — за Тимошенко. Поскольку каждый из кандидатов ассоциировался с определенным цветом (бело-голубой у Януковича и оранжевый у Тимошенко), некоторые наблюдатели не без иронии заметили, что в период президентской компании 2010 года Украина была окрашена не в традиционный сине-желтый цвет, а в оранжево-голубой.