W 2006 pozostawał, obok swojej ówczesnej partnerki, Ségolène Royal, najpoważniejszym „kandydatem na kandydata” socjalistów do wyborów prezydenckich. Ostatecznie zrezygnował z ubiegania się o ten urząd. 17 czerwca 2007, po drugiej turze wyborów parlamentarnych, ogłoszono rozstanie Ségolène Royal i François Hollande’a. W 2008 François Hollande zakończył swoje urzędowanie jako przewodniczący Partii Socjalistycznej.
Wybory prezydenckie 2012 W 2011 poprzez prawybory uzyskał nominację na kandydata Partii Socjalistycznej w wyborach prezydenckich przewidzianych na 22 kwietnia 2012. W pierwszej turze uzyskał najwyższe poparcie spośród 10 kandydatów. Otrzymał około 10,27 miliona głosów (28,63%), wyprzedzając ubiegającego się o reelekcję prezydenta Nicolasa Sarkozy’ego. W drugiej turze uzyskał poparcie na poziomie 51,63% (18 004 656 głosów), czym wygrał wybory prezydenckie. Jest drugim prezydentem (pierwszy był François Mitterrand) reprezentującym Partię Socjalistyczną.