Jânio retornou da Europa no dia 21 de setembro de 1959 e iniciou imediatamente sua campanha, que já contava com a adesão do Partido Libertador (PL). Em 10 de outubro viajou para Aracaju a fim de participar de um encontro com governadores do Nordeste e tentar um acordo com Juraci, o que foi impossível. No dia 18, a convenção nacional do PDC homologou a candidatura de Jânio e indicou para a vice-presidência Fernando Ferrari, dissidente do PTB e fundador do Movimento Trabalhista Renovador (MTR).
Em meio a uma crise interna que provocou a renúncia de Lacerda à liderança da bancada da UDN na Câmara, a convenção nacional desse partido, reunida em 8 de novembro, apoiou a candidatura de Jânio por 205 votos contra 83 e escolheu Leandro Maciel, governador de Sergipe, para disputar a vice-presidência. A UDN decidiu também proibir a participação de Fernando Ferrari na campanha que seria iniciada no Norte, abrindo assim uma crise que levou à renúncia de Jânio, sob a alegação de que sua proposta exigia um grau de unidade política ainda não alcançado. Com a divulgação dessa notícia em 27 de novembro, o MPJQ se mobilizou e recolheu em menos de uma semana 360 mil assinaturas pedindo a reconsideração daquela decisão, que foi também um dos motivos alegados por oficiais da Aeronáutica para promoverem a efêmera revolta de Aragarças.
Em 5 de dezembro de 1959, Jânio decidiu aceitar sua indicação, obtendo maior autonomia em relação aos partidos que o apoiavam. A partir daí, fez campanha ao lado de Ferrari e chegou a estimular a criação dos comitês Jan-Jan, que promoviam o voto em Jânio e João Goulart, conhecido pelo apelido de Jango. Sempre defendendo a austeridade econômica e o saneamento das finanças públicas, afastou-se um pouco dos limites doutrinários da UDN. Em fevereiro de 1960, embarcou para Cuba a convite de Fidel Castro, levando em sua comitiva o senador Afonso Arinos de Melo Franco; os deputados federais José Aparecido de Oliveira, Carlos Castilho Cabral e Paulo de Tarso Santos; os deputados estaduais pernambucanos Murilo Costa Rego e Francisco Julião; o deputado estadual baiano Juraci Magalhães Júnior; o publicitário Augusto Marzagão; os jornalistas João Dantas, Carlos Castelo Branco, Hélio Fernandes, Rui Marchucci, Carlos Mesquita, Luís Alberto Muniz Bandeira, Fernando Sabino, Rubem Braga, Murilo Melo Filho e outros. Nessa ocasião, Jânio defendeu a reforma agrária realizada em Cuba depois da revolução, o reatamento de relações diplomáticas com a União Soviética, o reconhecimento da República Popular da China e a legalização do PCB.
O crescimento da campanha não impediu o surgimento de nova crise na UDN, com a renúncia de Leandro Maciel em abril de 1960, em protesto contra o esvaziamento de sua candidatura no interior do próprio partido. Em 9 de junho de 1960, o diretório nacional escolheu o mineiro Mílton Campos para substituí-lo.
Ainda em 11 de maio, o PR aderiu à campanha de Jânio, cujo programa de governo pouco a pouco se definia, buscando compatibilizar o combate à inflação com a manutenção de altas taxas de crescimento econômico. Jânio propunha uma política externa independente que incluía o reatamento de relações diplomáticas com os países socialistas, defendia o controle das remessas de lucros para o exterior, o fortalecimento da Petrobras e atacava a corrupção e as “irresponsabilidades do presidente voador” — conforme se referia a Kubitschek. Essa campanha se distanciava muito das realizadas até então pela UDN, mas, ainda assim, era apoiada pelo Conselho Nacional das Classes Produtoras (Conclap), as principais associações empresariais de São Paulo e importantes grupos industriais, como o Matarazzo e o Votorantim. Contava também com a simpatia dos militares identificados em campanhas anteriores com as candidaturas de Eduardo Gomes e Juarez Távora e dos oficiais pertencentes à Cruzada Democrática. Já a campanha de Lott enfrentava problemas com o pouco empenho de líderes do PSD, que se identificavam com a política econômica proposta por Jânio, e o visceral anticomunismo do candidato.
Jânio venceu as eleições de 3 de outubro de 1960 com 5.636.623 votos (correspondentes a 48% do total), contra 3.846.825 dados a Lott (32%) e 2.195.709 a Ademar de Barros (20%). Setenta e oito por cento dos votos de Jânio foram obtidos no Rio de Janeiro, Rio Grande do Sul, Minas Gerais e São Paulo. No mesmo pleito, João Goulart foi eleito vice-presidente com 4.547.010 votos, seguido de Mílton Campos com 4.237.419 e Fernando Ferrari com 2.137.382. Ao mesmo tempo, a UDN conseguiu — sozinha ou em coligações — eleger seis dos 11 novos governadores: Luís Cavalcanti (Alagoas), Carlos Lacerda (Guanabara), Newton Belo (Maranhão), Fernando Correia da Costa (Mato Grosso), José de Magalhães Pinto (Minas Gerais) e Pedro Gondim (Paraíba). Entretanto, o Congresso Nacional, eleito em 1958, apresentava uma composição em que o PSD era majoritário com 35% das cadeiras, seguido pela UDN com 21%, o PTB com 20% e o PSP com 8%, configurando uma situação de conflito potencial entre Executivo e Legislativo.
Logo depois de eleito, Jânio viajou para a Europa, retornando pouco antes de sua posse na presidência da República.
Jânio Quadros e João Goulart foram empossados em 31 de janeiro de 1961. Contrariando a expectativa geral, o discurso de posse do presidente foi discreto e gentil, chegando a tecer elogios ao governo anterior. Porém, na noite desse mesmo dia, Jânio atacou violentamente o governo Kubitschek através de cadeia nacional de rádio, atribuindo ao ex-presidente a prática de nepotismo, ineficiência administrativa e responsabilidade pelos altos índices de inflação e pela dívida externa de dois bilhões de dólares.
O ministério de Jânio, composto por políticos da UDN e de outros partidos menos expressivos, foi considerado conservador pela imprensa. A pasta da Fazenda foi entregue a Clemente Mariani (Fazenda), udenista baiano, banqueiro e industrial, ex-ministro da Educação do governo de Eurico Dutra e ex-presidente do Banco do Brasil no governo de Café Filho. No Ministério da Agricultura, Jânio pôs Romero Cabral da Costa, usineiro nordestino indicado por Cid Sampaio, então governador de Pernambuco. Clóvis Pestana, pessedista gaúcho sem expressão nacional, ocupou o de Viação e Obras Públicas. Edward Catete Pinheiro, filiado ao PTN, ficou com o da Saúde. A pasta da Educação coube ao político fluminense Brígido Tinoco, dissidente do PSD que entrou para o PSB. Oscar Pedroso Horta, ex-secretário de Justiça do governo de São Paulo na gestão de Jânio, foi para o Ministério da Justiça. Nas Relações Exteriores instalou o líder udenista Afonso Arinos de Melo Franco. A pasta de Minas e Energia coube ao também udenista João Agripino, da Paraíba. O mineiro Artur Bernardes Filho, do Partido Republicano (PR), ganhou o Ministério da Indústria e Comércio. No Trabalho ficou o paulista Francisco Carlos de Castro Neves, filiado ao PDC e ligado a Fernando Ferrari; para o Gabinete Civil, Jânio nomeou o amigo Francisco de Paula Quintanilha Ribeiro.
Nos ministérios e principais postos militares predominou a escolha de elementos ligados à Cruzada Democrática, que agrupava os oficiais adversários do grupo nacionalista. O general Odílio Denis foi nomeado ministro da Guerra, porque, apesar de ter apoiado o movimento de 11 de novembro de 1955, não se identificava mais com os partidários de Lott. O Ministério da Marinha coube ao almirante Sílvio Heck, ligado a Lacerda e comandante do cruzador Tamandaré durante a viagem do ex-presidente Carlos Luz para Santos em 1955. O brigadeiro Gabriel Grün Moss, ligado a Eduardo Gomes, foi nomeado para a pasta da Aeronáutica. A chefia do Gabinete Militar foi confiada ao general Pedro Geraldo de Almeida, identificado com o pensamento da Escola Superior de Guerra (ESG) e ligado ao coronel Golberi do Couto e Silva, que passou a exercer a função de chefe de gabinete da secretaria geral do Conselho de Segurança Nacional. A chefia do Estado-Maior das Forças Armadas (EMFA) coube ao general Osvaldo Cordeiro de Farias.
No início do seu governo, Jânio tomou uma série de pequenas medidas que ficaram famosas, destinadas a criar uma imagem de inovação dos costumes e saneamento moral: proibiu a realização de provas turfísticas em dias úteis, as rinhas de briga de galo, a propaganda comercial em casas de espetáculo ou cinemas, os desfiles de misses com maiôs “cavados” e o uso de lança-perfumes nos bailes de carnaval; disciplinou o funcionamento de jogos de cartas em sedes de clubes ou entidades; e regulamentou a participação de menores em programas de rádio e televisão. Sua cruzada se estendeu desde logo à administração pública. Já em 2 de fevereiro de 1961, criou cinco comissões de sindicância presididas por militares para examinar a atuação das diretorias da Superintendência do Plano de Valorização Econômica da Amazônia (SPVEA), do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), do Instituto de Aposentadoria e Pensões dos Marítimos (IAPM), do Instituto de Aposentadoria e Pensões dos Bancários (IAPB) e da Comissão Federal de Abastecimento e Preços (Cofap). Essa medida provocou apreensão dos meios políticos, temerosos da aproximação entre Jânio e os militares e do envolvimento de nomes da administração de Kubitschek em processos. Apesar disso, Jânio não recuou do que denominava “obra de saneamento moral da nação”, determinando mais tarde a abertura de inquéritos na Superintendência da Moeda e do Crédito (Sumoc), na Rede Ferroviária Federal, na Companhia Siderúrgica Nacional, na Companhia Vale do Rio Doce e em outras repartições governamentais.
O novo governo também investiu fortemente contra alguns direitos e regalias do funcionalismo público, começando por instituir, em 16 de fevereiro, horário integral de trabalho nas repartições federais, medida que seria revista em 8 de agosto. Decidido a realizar cortes nas despesas da união com pessoal, Jânio assinou em 21 de fevereiro um decreto exonerando, a partir de 31 de março seguinte, todos os funcionários civis contratados pelo Executivo ou autarquias federais depois de 1º de setembro do ano anterior. Com o mesmo objetivo, reduziu as vantagens até então asseguradas ao pessoal militar ou do Ministério da Fazenda em missão no exterior e extinguiu os cargos de adidos aeronáuticos junto às representações diplomáticas brasileiras. Outro alvo das primeiras decisões do novo governo foi o contrabando, com a formação, em 8 de março, de um grupo de trabalho diretamente vinculado à Presidência da República e incumbido de propor, no prazo de um mês, medidas drásticas de combate a esse tipo de contravenção.
Do ponto de vista administrativo, Jânio tentou uma maior centralização de poderes através da adoção de uma mecânica de decisões que diminuísse o peso do Congresso Nacional e ampliasse a esfera de competência da Presidência. Além disso, começou a promover reuniões com os governadores para discutir suas reivindicações. A primeira, realizada em Florianópolis no dia 24 de março de 1961, contou com a presença de Leonel Brizola (do Rio Grande do Sul), Celso Ramos (de Santa Catarina) e Nei Braga (do Paraná) e resultou na formação de um grupo de trabalho voltado para estudar a viabilidade de diversos projetos, como a criação do Instituto Nacional do Pinho, do Conselho de Desenvolvimento Regional e do Banco Regional de Desenvolvimento, a extensão das estradas BR-35, BR-37, BR-14, e a construção de uma rodovia para o escoamento da produção de café das regiões de Paranaguá e Paraná e a organização de uma empresa mista de energia hidráulica.
A segunda reunião com governadores foi realizada em 19 de abril com a presença de Fernando Correia da Costa (Mato Grosso), Mauro Borges (Goiás), Abelardo de Alvarenga Mafra (do então território de Rondônia, hoje estado) e José Altino Machado (Acre); Nela foi decidida a criação de uma escola de agronomia e uma faculdade de filosofia em Campo Grande (cidade natal do presidente); o aperfeiçoamento do transporte fluvial, a formação do Banco do Estado de Mato Grosso, a aplicação das verbas da SPVEA e da Superintendência de Valorização da Fronteira Sudoeste (SVFS); a construção de uma refinaria de Petróleo em Cuiabá; a liberação de verbas para a instalação de redes de água e esgoto em cidades de Goiás; a concessão de créditos para a exploração da borracha em Rondônia e no Acre; a conclusão da BR-29 e da BR-30; e a realização de obras urbanas em Porto Velho.
A terceira reunião foi realizada no dia 26 de maio em João Pessoa, com a presença de Pedro Gondim (Paraíba) e Cid Sampaio (Pernambuco), resultando na liberação de verbas federais para a Universidade da Paraíba, os hospitais de João Pessoa e do Câncer, o Ginásio Industrial e o programa de eletrificação de áreas rurais.
Finalmente, Jânio encontrou-se em 29 de junho no Rio com Carlos Lacerda (Guanabara), Carvalho Pinto (São Paulo) e Celso Peçanha (Rio de Janeiro). O primeiro estado recebeu verbas para água, esgoto, favelas, hospitais, prevenção de enchentes, assistência ao menor, turismo, penitenciária, educação e indústria, num total de quatro bilhões de cruzeiros. O estado do Rio foi contemplado com 1,3 bilhão de cruzeiros, para aplicar em programas de industrialização de frutas, instalação de frigoríficos em Macaé, construção de uma fábrica de papel em Magé, criação de escolas de agronomia, serviço social e filosofia em Campos e construção de uma usina termoelétrica também nesse município, além de tornar-se um estado prioritário para efeito de financiamento da Carteira de Colonização do Banco do Brasil. São Paulo recebeu 12 bilhões destinados à usina de Urubupungá e quinhentos milhões para a instalação de cursos primários e técnicos.