เมื่อวันที่ 5 มิถุนายน ผู้สื่อข่าวรายงานเวลา 21.35 น. ภายหลังให้สมารัฐสภาอภิปรายตั้งแต่ 11.00 น. – 22.00 น. ซึ่งรวมแล้วประมาณ 11 ชั่วโมง นายชวน หลีกภัย ประธานรัฐสภา จึงให้ยุติตามอภิปราย สมาชิก ส.ส. และ ส.ว. ลงความเห็นชอบบุคคลที่จะมาเป็นนายกรัฐมนตรี โดยลงคะแนนแบบเปิดเผย โดยให้เลขาสภาขานชื่อเรียงลำดับตัวอักษร พร้อมตั้งคณะกรรมการ 6 คน จากตัวแทนพรรคการเมือง
โดยเริ่มนับคะแนน โดยนายชวน และนายพรเพชร ที่ทำหน้าที่ประธานรัฐสภา ได้ขอใช้สิทธิ์งดออกเสียง ขณะที่นายสิริพงศ์ อังคสกุลเกียรติ ส.ส.ศรีสะเกษ พรรคภูมิใจไทย(ภท.) ของดออกเสียง ซึ่งขัดกับมติพรรค ภท.ที่สนับสนุนพล.อ.ประยุทธ์ เป็นนายก ฯ จนกระทั่งเวลา 23.30 น. พล.อ.ประยุทธ์ ได้คะแนน 500 เสียง ส่วนนายธนาธร ได้คะแนน 244 เสียง โดยงดออกเสียง 3 คน หยุดปฏิบัติหน้าที่ 1 คน ลา 1 คน ลาออก 1 คน
ทำให้พล.อ.ประยุทธ์ ได้คะแนนเสียงชนะอย่างท่วมท้น เป็นนายกฯอีกสมัย
