เมื่อวันที่ 5 มิ.ย. 62 ได้มีการประชุมรัฐสภา ซึ่งประกอบไปด้วยสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร 497 คน และสมาชิกวุฒิสภา 250 คน รวม 747 คน เพื่อลงมติเลือกนายกรัฐมนตรีแบบเปิดเผย มีแคนดิเดตคือพล.อ.ประยุทธ์ จันทร์โชา และนายธนาธร จึงรุ่งเรืองกิจ โดยคะแนนเสียงอย่างเป็นทางการ ออกมาดังนี้
พล.อ.ประยุทธ์ จันทร์โอชา ได้คะแนนเสียงไปทั้งหมด 500 เสียง
มากกว่ากึ่งหนึ่งของสภาคือ 375 เสียง ส่งผลให้ได้ตำแหน่งนายกรัฐมนตรี โดย 500 เสียงประกอบด้วย
- พรรคพลังประชารัฐ 116 เสียง
- พรรคประขาธิปัตย์ 51 เสียง
- พรรคภูมิใจไทย 50 เสียง
- พรรคชาติไทยพัฒนา 10 เสียง
- พรรครวมพลังประชาชาติไทย 5 เสียง
- พรรคชาติพัฒนา 3 เสียง
- พรรคอื่นๆ 16 เสียง
นายธนาธร จึงรุ่งเรืองกิจ ได้คะแนนเสียงไปทั้งหมด 244 เสียง
- พรรคอนาคตใหม่ 79 เสียง
- พรรคเพื่อไทย 136 เสียง
- พรรคเสรีรวมไทย 10 เสียง
- พรรคเศรษฐกิจใหม่ 6 เสียง
- พรรคประชาชาติ 7 เสียง
- พรรคเพื่อชาติ 5 เสียง
- พรรคปวงชนไทย 1 เสียง
งดออกเสียง 3 เสียง
ได้แก่ นายชวน หลีกภัย ส.ส. จากพรรคประชาธิปัตย์, นายพรเพชร วิชิตชลชัย ส.ว. และนายสิริพงศ์ อังคสกุลเกียรติ ส.ส. พรรคภูมิใจไทย
249 – 0
ในการลงมติครั้งนี้ สมาชิกวุฒิสภาทั้งหมด 250 คน ลงคะแนนเสียงให้พล.อ.ประยุทธ์ 249 คน และงดออกเสียง 1 คน