Ze względu na zaawansowany wiek wykluczał ubieganie się o reelekcję w wyborach w 2013. Jednakże przedłużający się pat polityczny i idący za tym brak wyboru nowego prezydenta podczas pięciu głosowań, skłoniły polityka do wyrażenia zgody na kandydowanie z poparciem m.in. PD, PdL i SC. 20 kwietnia 2013 podczas szóstego głosowania Giorgio Napolitano zdobył 738 głosów. Został tym samym wybrany na drugą kadencję jako pierwszy prezydent w historii Włoch.
Jako prezydent był określany przydomkiem Il principe rosso („Czerwony książę”), co stanowi aluzję do jego wieloletniej komunistycznej przeszłości.
14 stycznia 2015 oficjalnie zrezygnował z urzędu prezydenta Włoch. Z urzędu powrócił do Senatu jako senator dożywotni, aktywnie uczestnicząc w pracach tej izby. W kwietniu 2018 został hospitalizowany, przeszedł zakończoną powodzeniem operację tętniaka aorty. Mandat senatora wykonywał do czasu swojej śmierci w 2023.
26 września 2023 został pochowany w Rzymie.