Bongo était l’un des dix candidats qui ont soumis des candidatures pour devenir le candidat du PDG lors de l’élection présidentielle anticipée, prévue pour le 30 août 2009. Le secrétaire général adjoint du PDG, Angel Ondo, a annoncé le 16 juillet que la direction du parti avait choisi Bongo par consensus comme candidat du PDG, bien que cette décision devait encore être officiellement confirmée lors d’un congrès du parti. Un congrès extraordinaire du PDG a donc désigné Bongo comme candidat du parti le 19 juillet. A cette occasion, il a remercié les délégués pour leur choix, disant qu’il était « conscient des préoccupations légitimes » du peuple ; il a promis de lutter contre la corruption et de « redistribuer le produit de la croissance économique » en tant que président.

Bien qu’il se soit présenté comme candidat à la présidentielle, Bongo a été conservé comme ministre de la Défense au sein du gouvernement nommé le 22 juillet 2009. Rogombé a exhorté au calme et a appelé les candidats à être « dignes » des votes qu’ils recevraient. L’opposition a vivement protesté contre l’inclusion continue de Bongo dans le gouvernement. Après que la présidente par intérim Rose Francine Rogombé a déclaré que Bongo serait remplacé afin que tous les candidats soient sur un pied d’égalité pour les élections, le ministre de l’Intérieur Jean-François Ndongou a été nommé pour succéder à Bongo en tant que ministre de la Défense à titre intérimaire lors de l’élection. la campagne a officiellement commencé le 15 août 2009.

Quelques jours après l’élection du 30 août 2009, il a été annoncé qu’il avait remporté l’élection avec 42% des voix, et ce résultat a été rapidement confirmé par la Cour constitutionnelle. L’opposition a rejeté les résultats officiels et des émeutes ont éclaté dans la deuxième plus grande ville du Gabon, Port-Gentil. En réponse aux allégations de fraude, la Cour constitutionnelle a procédé à un nouveau dépouillement avant de déclarer à nouveau Bongo vainqueur avec 41,79% des voix le 12 octobre 2009 ; il a ensuite prêté serment en tant que président le 16 octobre. Plusieurs présidents africains étaient présents pour la cérémonie. Bongo a exprimé son engagement en faveur de la justice et de la lutte contre la corruption lors de la cérémonie et a déclaré qu’une action rapide était nécessaire pour « redonner confiance et favoriser l’émergence d’un nouvel espoir ». Il a également fait allusion à la philosophie de gouvernement de son père consistant à préserver la stabilité grâce à l’équilibre régional, tribal et politique dans la répartition du pouvoir, tout en soulignant que « l’excellence, la compétence et le travail » étaient encore plus importants que  » les considérations géographiques et politiques « . Plus tard dans la journée, il a annoncé le renouvellement du mandat de Paul Biyoghe Mba au poste de Premier ministre ; il a fait l’annonce personnellement « pour souligner l’importance de ce moment ». Selon Bongo, Biyoghe Mba avait l’expérience et la compétence managériale nécessaires « pour nous conduire à l’étape suivante », et il a déclaré que les travaux commenceraient « immédiatement ».