จากนั้นจึงเข้าสู่วาระการเลือกนายกรัฐมนตรีทันที โดยนายแพทย์สุรพงษ์ สืบวงศ์ลี ส.ส.ระบบบัญชีรายชื่อ พรรคพลังประชาชน ได้เสนอชื่อนายสมัคร สุนทรเวช เป็นนายกรัฐมนตรีอีกครั้งหนึ่ง
โดยครั้งนี้นายยงยุทธขอให้ ใช้วิธีรับรองญัตติ โดยการกดบัตรลงคะแนนเพื่อเป็นบันทึกของที่ประชุม ขณะที่นายบัญญัติ บรรทัดฐาน ส.ส.ระบบสัดส่วน พรรคประชาธิปัตย์ เสนอชื่อนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ หัวหน้าพรรคประชาธิปัตย์ เข้าแข่งขัน โดยที่ประชุมได้ให้สมาชิกขานชื่อผู้ที่สนับสนุนให้เป็นนายกรัฐมนตรีอย่างเปิดเผยเป็นรายบุคคล ซึ่งนายสมัครได้ออกจากห้องประชุมเพื่อไปกินข้าวและกลับเข้ามาอีกครั้งในช่วงท้ายของการขานชื่อ
ทั้งนี้ หลังจากที่ประชุมใช้เวลาขานชื่อนานกว่าหนึ่งชั่วโมง นายยงยุทธจึงได้ขานผลการลงคะแนนว่ามีสมาชิกลงคะแนนเลือก นายสมัคร 310 เสียง เลือกนายอภิสิทธิ์ 163 เสียง งดออกเสียง 3 เสียง และไม่อยู่ในห้องประชุม 1 เสียง ถือว่านายสมัครได้คะแนนมากกว่ากึ่งหนึ่งของจำนวน ส.ส.ทั้งหมด จึงถือว่านายสมัครได้รับเลือกให้เป็นนายกรัฐมนตรีเป็นคนที่ 25 จากนั้นจึงได้สั่งปิดการประชุมทันทีเมื่อเวลา 12.45 น. โดยหลังทราบผลสมาชิกของพรรคพลังประชาชนได้เดินเข้าไปแสดงความยินดีและจับมือกับนายสมัครด้วย
นายสมัคร สุนทรเวช หัวหน้าพรรคพลังประชาชน ให้สัมภาษณ์อีกครั้งภายหลังได้รับการโหวตเลือกจาก ส.ส.พรรคร่วมรัฐบาลให้ดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรีว่า
ผลการโหวตที่ออกมามีคะแนนเสียงถึง 310 เสียง ถือว่าน่าพอใจ ครบถ้วนทุกประการ เรียบร้อยดี จากนี้ต้องรอ ให้มีการโปรดเกล้าฯแต่งตั้งลงมา ส่วนเรื่องตำแหน่งคณะรัฐมนตรีนั้น ต้องรอไว้หลังได้รับการโปรดเกล้าฯลงมาเช่นกัน ตอนนี้ยังตอบไม่ได้ ผู้สื่อข่าวถามย้ำว่า ทาง ร.ท.กุเทพ ใสกระจ่าง โฆษกพรรคพลังประชาชน ออกมาระบุว่า รายชื่อ ครม.น่าจะเสร็จภายใน 2-3 วันนี้ นายสมัคร ตอบว่า “เหรอ...นั่นแหละเขาเตรียมที่จะทำกันแล้ว เขามีคณะกรรมการเจรจา ตอนนี้ทำไว้หมดแล้ว”