Jego kandydaturę poparła główna partia opozycyjna, Zjednoczona Partia Narodowa (United National Party), opozycyjna partia komunistyczna, Janatha Vimukthi Peramuna (Ludowy Front Wyzwolenia) oraz główna reprezentacja Tamilów, Tamilski Sojusz Narodowy (Tamil National Alliance).
W wyborach prezydenckich 26 stycznia 2010 zdobył 40,2% głosów poparcia, przegrywając o 1,8 mln głosów z prezydentem Rajapaksą (57,8%). Odrzucił jednak wyniki wyborów, oskarżając władze o fałszerstwa i prowadzenie nieuczciwej kampanii wyborczej. Zaapelował o anulowanie wyników i zapowiedział ich zaskarżenie.
Po wyborach rząd oskarżył go o wyjawienie wrażliwych informacji wojskowych oraz planowanie zamachu stanu i zabójstwa prezydenta Rajapakse i jego rodziny. Fonseka odrzucił zarzuty, lecz władze uniemożliwiły mu opuszczenie kraju. 29 stycznia 2010 wojsko wtargnęło i zajęło siedzibę jego sztabu wyborczego. 8 lutego 2010 został aresztowany w swoim biurze w Kolombo przez siły wojskowe pod oficjalnym zarzutem „popełnienia przestępstw wojskowych”. Jego zatrzymanie wywołało kilkudniowe zamieszki w Kolombo. 16 marca rozpoczął się jego proces przed sądem wojskowym, w którym odpowiadał za zaangażowanie w działalność polityczną w czasie pełnienia służby w armii. Proces na wniosek obrony został odroczony do początku kwietnia 2010.