16 września 2009, razem z trzema innymi kandydatami, wyraził poparcie dla przedstawionego przez prezydenta Kostaryki Óscara Ariasa planu pokojowego, tzw. Porozumienia z San José, nie wezwał jednak bezpośrednio rządu tymczasowego Roberto Michelettiego do jego przyjęcia. Kampania wyborcza w Hondurasie, rozpoczęta 29 sierpnia 2009, pozostawała w cieniu toczącego się konfliktu politycznego.
W wyborach prezydenckich 29 listopada 2009 odniósł zwycięstwo, zdobywając 56,6% głosów poparcia. Wybory, przeprowadzone w chwili przebywania przez Zelayę w otoczonej przez wojsko ambasadzie Brazylii, spotkały się ze sprzeciwem większości państw latynoamerykańskich, które nie uznały ich wyników. Wybory zostały jednak uznane przez Stany Zjednoczone i większość państw UE, co doprowadziło do podziału wśród społeczności międzynarodowej. Prezydent elekt zapowiedział podjęcie wysiłków na rzecz zakończenia kryzysu politycznego w kraju, odzyskania zaufania opinii światowej i odmrożenia wstrzymanej pomocy zagranicznej. Opowiedział się w tym celu za uchwaleniem przez parlament powszechnej amnestii dla wszystkich zaangażowanych w zamach.