เมื่อเวลา 16.45 น. วันที่ 22 ส.ค. ที่รัฐสภา ในการประชุมร่วมกันของรัฐสภา เพื่อพิจารณาให้ความเห็นชอบบุคคลซึ่งสมควรได้รับแต่งตั้งเป็นนายกรัฐมนตรี ตามมาตรา 272 ของรัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย ที่มีนายวันมูหะมัดนอร์ มะทา ประธานรัฐสภา ทำหน้าที่เป็นประธานการประชุม โดย นพ.ชลน่าน ศรีแก้ว สส.น่าน และหัวหน้าพรรคเพื่อไทย (พท.) ได้ลุกขึ้นเสนอชื่อ นายเศรษฐา ทวีสิน พร้อมกับมีผู้รับรองชื่อถูกต้อง

โดยนายวันมูหะมัดนอร์ มะทา ประธานรัฐสภา ได้ดำเนินการโหวตเลือกนายกรัฐมนตรี โดยใช้วิธีเปิดเผย ซึ่งเลขาธิการจะเรียกชื่อสมาชิก สส. และ สว. ตามลำดับอักษรเป็นรายบุคคล และให้ออกเสียงโดยการกล่าวชื่อบุคคล จากนั้นให้กล่าว เห็นชอบ ไม่เห็นชอบ และงดออกเสียง

ทั้งนี้ เมื่อดำเนินมาถึงเวลา 16.45 น. ผู้สื่อข่าวรายงานผลการโหวตเลือกนายเศรษฐา เพื่อดำรงตำแหน่งนายกรัฐมนตรี โดยผลปรากฏว่า ในส่วนของ สว. ลงคะแนนเห็นชอบให้ นายเศรษฐา เป็นนายกฯ แล้ว 120 เสียง เมื่อรวมกับเสียงของ สส. 11 พรรคร่วมรัฐบาลที่มี 314 เสียง ถือว่าได้เสียงเกิน 375 คน ถือว่าเกินกึ่งหนึ่งของเสียงสมาชิกรัฐสภา 747 คน ถือได้ว่า นายเศรษฐา มีเสียงเห็นชอบเกินกึ่งหนึ่ง ได้รับการเลือกให้เป็นนายกฯ คนที่ 30.