13 grudnia 2012 ponownie powołany na urząd premiera Ukrainy, został tego samego dnia zatwierdzony przez parlament VII kadencji. 24 grudnia jego drugi gabinet został zaprzysiężony.

W okresie protestów społecznych podjętych w wyniku niepodpisania umowy stowarzyszeniowej Ukrainy z Unią Europejską opozycja próbowała przeforsować wniosek o odwołanie rządu Mykoły Azarowa, jednak 3 grudnia 2013 wniosek o wotum nieufności nie przeszedł w głosowaniu w parlamencie (uzyskując wśród 450 posłów 186 głosów za). 28 stycznia 2014 premier podał się do dymisji, która została tego samego dnia przyjęta.

Mykoła Azarow zbiegł następnie z Ukrainy, udając się do Rosji. W marcu 2014 został wykluczony z Partii Regionów. W lipcu tego samego roku służby Ministerstwa Spraw Wewnętrznych Ukrainy wystawiły za nim list gończy w związku z zarzutami nadużywania władzy. W styczniu 2015 Interpol na wniosek Ukrainy ogłosił za Mykołą Azarowem międzynarodowy list gończy;