Sánchez recibió 124 votos favorables (PSOE y Partido Regionalista de Cantabria), frente a 67 abstenciones (Unidas Podemos, ERC, PNV, Bildu y Compromis) y 155 votos en contra (PP, Cs, Vox, UPN, Junts y Coalición Canaria). En total se emitieron 346 votos, ya que los cuatro diputados que están en prisión tienen suspendidos sus derechos y prerrogativas.
Esta segunda votación, en la que hubieran bastado más votos a favor que en contra para que saliera adelante la elección de Sánchez, se produce 48 horas después, como marca el artículo 99 de la Constitución, de que el pasado martes no lograra la mayoría absoluta necesaria. Entonces, a favor de la investidura hubo 124 votos (PSOE y PRC), frente a 52 abstenciones (Unidas Podemos, PNV, Bildu y Compromis) y 170 votos en contra (Partido Popular, Ciudadanos, Vox, ERC y parte del Grupo Mixto).
Es la segunda vez que el líder socialista fracasa en una investidura. En 2016, Sánchez también sufrió una investidura fallida con 131 votos a favor (PSOE, Cs y Coalición Canaria) y 219 en contra (PP, Podemos, ERC, PNV, Bildu, PDECat).