W pierwszej turze wyborów z 28 listopada 2010, według wyników ogłoszonych 7 grudnia przez komisję wyborczą zdobył nieco ponad 21% głosów, zajmując trzecie miejsce, za Mirlande Manigat (31%) oraz kandydatem partii rządzącej Jude’em Célestinem (22%). Jeszcze przed ogłoszeniem wyników wyborów opozycyjni kandydaci oskarżyli władze o fałszerstwa wyborcze, w tym wypełnianie urn wyborczych i nieprawidłowości na listach wyborców, domagając się unieważnienia głosowania. Na ulicach stolicy doszło do protestów ich zwolenników, które przybrały na sile po ogłoszeniu rezultatu głosowania. W czasie zamieszek zginęło co najmniej 5 osób. Zdaniem międzynarodowych obserwatorów w czasie wyborów doszło do poważnych nieprawidłowości. Różnica między drugim Célestinem a trzecim Martellym wynosiła 6845 głosów.
W obliczu kryzysu politycznego haitański rząd zadecydował o ponownym zbadaniu i przeliczeniu wyników wyborów przez grupę ekspertów z Organizacji Państw Amerykańskich. Misja ekspercka w połowie stycznia 2011, po unieważnieniu fałszywych i nieważnych głosów oddanych na wszystkich kandydatów, uznała nieznaczne zwycięstwo Martelly’ego nad Célestinem i zarekomendowała odsunięcie tego ostatniego od drugiej tury wyborów. Stanowisko to poparła ONZ oraz USA.