21 ноября состоялся второй тур выборов. Центризбирком объявляет победителем Януковича. Ющенко просит Европу и США не признавать итоги украинских выборов. 23 ноября, в отсутствие кворума, он выходит на трибуну Верховной Рады и (уже после того, как спикер, увидев такое развитие событий, объявил заседание закрытым) присягает на Библии в качестве президента страны. Оппозиция призывает жителей страны прекратить работу и учебу, выйти на улицу и начать бессрочный митинг. 24 ноября, в день официального объявления результатов голосования, в крупных городах по всей Украине одномоментно проходят многочисленные оппозиционные митинги с активным участием студенчества. Вечером того же дня журналисты центральных телеканалов объявляют о неподчинении «цензуре», сменяют акцент своих репортажей в пользу Ющенко и заполняют эфир теледебатами с равным участием нескольких представителей обеих сторон. В западных областях областные и городские советы и ряд подразделений МВД один за другим объявляют о неподчинении официальной власти и признании Ющенко избранным президентом, власть сторонников Ющенко на Западе становится полной.

Демонстранты блокируют либо пикетируют здания Верховной Рады, правительства, ЦИК и Верховного суда. 27 ноября Верховная Рада, окруженная митингующей толпой, принимает постановление, в котором признает результаты выборов не отражающими волю избирателей[53]. Несмотря на явный выход ситуации в столице из-под контроля в этот день, власти не решаются применить силу и не объявляют чрезвычайного положения. Не последнюю роль сыграл фактический переход Службы безопасности Украины (СБУ) на сторону Ющенко.

С 25—26 ноября, уже после массового перехода киевских СМИ и других структур на сторону Ющенко, начали активизироваться сторонники Януковича (до того они только проводили короткие митинги и собрания по окончании рабочего дня). Луганский областной совет принимает решение об образовании Юго-Восточной автономной республики, Донецкий областной совет решает провести 5 декабря референдум об образовании автономии в Донбассе. Харьковский областной совет избирает губернатора председателем облсовета, поручает ему возглавить облисполком, сосредотачивающий исполнительную власть в области, и постановляет приостановить отчисления в центральный бюджет (это решение тут же опротестовывает областной прокурор). 28 ноября в Северодонецке Луганской области проводится съезд местных советов Украины (на который, в основном, прибыли депутаты юго-восточных регионов и меньшее количество центральных). Его участники признают президентом Януковича и не исключают возможности референдума по изменению территориального устройства страны, предусматривающего либо федерализацию, либо образование юго-восточной автономии. На неофициальном уровне высказываются угрозы запустить процедуру отделения от Украины в случае успеха переворота. На Юго-востоке проводятся массовые митинги в поддержку Януковича.

Сторонники Ющенко обвиняют оппонентов в сепаратизме и требуют от Прокуратуры и МВД немедленно остановить «изменников». СБУ возбуждает уголовные дела «по факту посягательства на территориальную целостность» и, совместно с органами Прокуратуры, вновь и вновь допрашивают руководителей восточных областей «как свидетелей» о решениях местных органов власти и съезда в Северодонецке. После этого Юго-восток только шел на попятную: Харьковский облсовет отменяет опротестованные пункты своего постановления, Донецкий облсовет переносит референдум об автономии на 9 января, а новый съезд местных советов в Харькове 5 декабря отличается исключительно умеренными речами, в которых переворот признается фактически состоявшимся. Затем решение о референдуме 9 января и вовсе отменяется под предлогом необходимости юридической проработки предложений об автономии.

На второй неделе кризиса наступление революции в Центральных регионах продолжалось. Блокируются областные администрации, не подчиняющиеся революционерам, множатся заявления различных организаций и известных лиц о непризнании выборов. 1 декабря Верховная Рада голосует о недоверии правительству, 3 декабря Верховный суд Украины, здание которого тоже окружено толпой, признает невозможность точно установить результаты голосования и решает провести повторное голосование второго тура выборов не позднее 26 декабря.

Верховная Рада голосует за повторные выборы. Согласно сделке, заключенной фракциями, сторонники Януковича соглашались на смену состава ЦИКа (в итоге потеряли посты два активных противника революционеров) и принятие специального закона о порядке переголосования, а сторонники Ющенко соглашались на внесение изменений в Конституцию, перераспределявших часть полномочий президента в пользу правительства, которое, после новых парламентских выборов, должно было формироваться парламентским большинством. Закон о порядке переголосования лишал возможности проголосовать многих сторонников Януковича. Так, голосовать на дому могли теперь только инвалиды первой группы, представившие в участковую избирательную комиссию нотариально заверенную просьбу о возможности проголосовать на дому (подавляющее большинство пожилых и немощных людей поддерживало Януковича). Накануне голосования Конституционный суд смягчил формулировку, но ЦИК фактически заблокировала выполнение его решений: разъяснения по выполнению решений Конституционного суда поступило в участковые комиссии восточных регионов только около 6 вечера, так что мало кто смог обратиться в участковую комиссию с просьбой о голосовании на дому до 8 часов вечера, как того требовала инструкция. Мало того, ЦИК решила вернуться к совершенно неадекватным избирательным спискам первого тура выборов, однако процедура внесения в список дополнительных избирателей была невозможной. Многие жители Юго-востока, приходя на участок, не находили себя в списке, а внесение в список было возможно только по решению суда. В суды выстраивались огромные очереди, но рассмотреть все просьбы они не смогли. Наконец, на многих участках Юго-востока почему-то не хватило бюллетеней для избирателей, приписанных к данному участку.

В отличие от второго тура, 26 декабря представители Ющенко блокировали подписание протоколов на многих участках восточных областей, пока результаты подсчетов по протоколам западных и центральных областей не показали перевес Ющенко. Иными словами, если бы переголосование дало другой результат, то и его бы объявили сфальсифицированным.

Несмотря на многочисленные жалобы о массовых нарушениях, допущенных в ходе переголосования 26 декабря, Верховный суд отклонил иск Януковича о признании выборов недействительными. Интересна позиция украинской прокуратуры. Когда в ЦИК из самых разных регионов стали приходить многочисленные телеграммы от избирателей о том, что они не смогли реализовать свое право на участие в голосовании, Прокуратура оперативно организовала расследование обстоятельств посылки этих телеграмм, опрашивая тех людей, чьи подписи стояли под телеграммами. По ее словам, многие из них отрицали свою причастность к посылке телеграмм.