11 grudnia 2004 wiedeńscy lekarze potwierdzili dioksynowe zatrucie i stwierdzili, że ich stężenie w organizmie Wiktora Juszczenki przekraczało tysiąc razy zwyczajną wartość. Prezydent Ukrainy Łeonid Kuczma odwołał wówczas zastępcę SBU Wołodymyra Saciuka, który – podejrzewany o organizację próby otrucia – złożył mandat deputowanego i wycofał się z działalności publicznej.

Według oficjalnych wyników, ogłoszonych z dużym opóźnieniem, Wiktor Juszczenko wygrał pierwszą turę wyborów zdobywając 39,87% głosów (przy 39,32% uzyskanych przez Wiktora Janukowycza). Na jego stronę przeszły wówczas ugrupowania kierowane przez byłego premiera Anatolija Kinacha, socjalistę Ołeksandra Moroza i mera Kijowa Ołeksandra Omelczenkę.

W drugiej turze wyborów 21 listopada 2004 według oficjalnych danych Wiktor Juszczenko uzyskał 46,61% poparcia, przegrywając z Wiktorem Janukowyczem (49,46%). Zarówno jego zwolennicy, jak i zagraniczni obserwatorzy, nie uznali tych wyborów za demokratyczne, podejrzewając ukraińskie władze (w tym zwłaszcza przewodniczącego centralnej komisji wyborczej Serhija Kiwałowa) o fałszerstwo na szeroką skalę. Od 22 listopada 2004 setki tysięcy Ukraińców w Kijowie oraz w całym kraju protestowało przeciwko manipulacjom władz, w akcji nazwanej pomarańczową rewolucją.