5 czerwca Rada Ministrów przyjęła projekt organizacji referendum, wyznaczając jego datę na 4 sierpnia 2009. Kampania referendalna trwała od 13 lipca do 2 sierpnia. W referendum obywatele zostali zapytani o zgodę na przyjęcie projektu zmiany konstytucji. Według jego głównych założeń, obecny mandat prezydenta mógłby zostać przedłużony o trzy lata. W tym przejściowym okresie miał zostać opracowany projekt nowej konstytucji, która zmieniałaby system rządów z półprezydenckiego na prezydencki oraz znosiłaby limit kadencji prezydenta.
Opozycja wezwała do zbojkotowania głosowania. 4 sierpnia 2009, w dniu referendum, prezydent Tandja oświadczył, że jest to wielki dzień, w którym spełniły się nasze życzenia. W stolicy głosowanie przebiegło w dość spokojnej atmosferze, przy wzmocnionej obecności służb bezpieczeństwa. Do starć ze służbami doszło w mieści Illela, kiedy przeciwnicy prezydenta próbowali zablokować dostęp do lokali wyborczych oraz w mieście Dosso, w którym przeprowadzono antyprezydencki protest.