W przeprowadzonej 28 czerwca 2020 pierwszej turze głosowania Rafał Trzaskowski zajął drugie miejsce, zdobywając 5 917 340 głosów, co stanowiło 30,46% głosów ważnych. Przeszedł do drugiej tury głosowania wraz z ubiegającym się o reelekcję Andrzejem Dudą, który otrzymał 43,50% głosów ważnych.
Spośród kandydatów, którzy nie przeszli do drugiej tury, oddanie na niego głosu zadeklarowali bądź zasugerowali Robert Biedroń, Szymon Hołownia i Władysław Kosiniak-Kamysz. Rafała Trzaskowskiego poparły partie związane z Koalicją Obywatelską (PO, Nowoczesna, iPL, Zieloni, SDPL i WiR), w pierwszej turze oficjalnego poparcia udzieliło mu także SD, a w drugiej turze ponadto UED, LPR i TR.
Przed drugą turą nie doszło do debaty pomiędzy kandydatami, ponieważ Andrzej Duda nie przyjął zaproszenia na zaplanowaną 2 lipca 2020 debatę zorganizowaną przez TVN24, Onet.pl i Wirtualną Polskę, a Rafał Trzaskowski nie stawił się na debacie organizowanej przez TVP (w której odbyła się debata wszystkich 11 kandydatów przed I turą i która została skrytykowana przez obserwującą procesy wyborcze międzynarodową organizację OBWE), określając ją jako „ustawkę” oraz „wiec wyborczy PiS”.