依据台湾中选会公布的资料，陈吕配的得票率为50.11%，连宋配为49.89%，废票数为33万7297张。这场选战共有1325万1719人投票，投票率为80.28%。
从3月20下午4时开始封箱开票后，4时10分起双方票数迅速累积至100万票，并呈现互有领先的胶着状况；下午5时许，双方都冲到500多万票，得票差距始终维持在数万票以内，双方支持群众不断在各地竞选总部?群按蚱??br> 傍晚6时起，全国开出约1100万选票，此时票数累积趋缓，双方重回两三万票左右的拉锯战中，部分时间甚至并驾齐驱；稍后部分县市票也开完。由于扁吕在南部大胜，中部甚至拿下原先看衰的台中县和云林，北部虽落后但维持原先估计的平盘。晚8时左右，胜负大致底定，最后终以不足3万票之差险胜。而两个公投议题因都没有超过半数而宣告作废。
在连宋以些微票数落败后，连战于3月20晚来到国亲联盟竞选总部，眼圈红润，声音哽咽，他说：些微差距受枪击影响，疑云重重。这是一场不公平的选举。他当场宣布提出当选无效之诉，并要求检察当局迅速查清19日枪击事件真相。随后连宋与步行民众抵达凯达格兰大道，警方早已布署重重警力，泛蓝群众隔着铁丝网对峙，不断大喊“验票！验票！”警方则举牌警告，群众一度激愤，丢掷手中的水瓶等物品。连宋在各县市的竞选总部，同步在30日晚上带领群众向当地的司法机关提出选举无效之诉。支持群众并彻夜不散，在台北、台中、高雄、台南等地都出现群众欲强行冲入地检署而爆发警民冲突的现象。目前台北高等法院已开始审理蓝营提诉。
虽然蓝色阵营在这次选举中对绿营以大选包公投，以公投卷选票等战术缺乏应手，但从总体民调来看，蓝营一直领先3-5个百分点，虽还有约20%左右的未表态选民，但是蓝营领先绿军30-50万张票应为正常估计。但是到了选举一锤定音之前，突然怪事接踵而至，令蓝营瞠目结舌，束手无策。
首先是陈水扁在19日扫街拉票时突遭枪击，使绿军大幅度赢得20%左右的未表态者的“同情票”。这一事件让人想起中国古代的“哀兵必胜”之兵法。《老子》称：“抗兵相加，哀者胜矣。”指兵力相当的对手相遇，身处逆境、满怀悲愤的一方同仇敌忾，奋勇争先，往往超常发挥，战无不克。陈水扁在投票前一天被击，不仅大大稳住了绿军的基本票，使其成为“哀兵”，而且如骤起旋风，卷走未表态者的“同情票”。中间选民之所以未表态，说明他们中的大多数是对蓝绿两营的政策和理论诉求不感兴趣，且易被一些突发事件左右的“感性选民”。据说在陈水扁被击以后，许多说好去投蓝营的选民，觉得陈吕“蛮可怜的”，而弃蓝入绿。
其次，这次枪击事件，大大唤醒了台湾选民的“悲情意识”，使他们把1985年陈水扁之妻吴淑珍遭受政治恐怖而造成终身残废事件，和陈水扁这次被击联系起来，塑造出一种“血色纽带”，造就大量新的“民主哀兵”。因此，当陈水扁带伤出来投票，煞有介事地说一声“击倒阿扁一个人，击不倒台湾的民主”；而吕秀莲装模做样地坐着轮椅出来时，他们面对选民堪称“回眸一笑百媚生”，同时使蓝营“六宫粉黛无颜色”。
然而陈水扁此次受伤如此“恰到好处”——既出了血又没有耽误选举，不能不使人疑窦丛生。社会舆论对此事件提出了12种疑问，如为什幺在第一时间里没有找到弹头，丘义仁却已经宣布陈总统受枪伤？为什幺现场没有血迹？为什幺没有封锁现场，使证据消失？为什幺侯水盛说陈水扁穿了防弹衣，但是丘义仁却说总统没有穿防弹衣等等。
这次选举的无效票多达33万多张，这也是台湾选举史上从来没有过的。这次有效票与无效票的计算，采取了新的认定方式，让投蓝营的不少有效票被认定为无效票。更有甚者，云林县林内乡第305投开票所开出的票比领取的票数还多。为此，国亲阵营认为当选票数不实，于21日凌晨向台湾高等法院申请证据保全，高等法院上午裁定，同意封存25个县市选委会有关第11任总统副总统选举所保管的全部选票（包括空白选票、有效票及无效票）、选举人及工作人员名册。
三、中、美、日对台湾大选的反应
在世界上最关心台湾大选的，除台湾本岛外，莫过于中国大陆与美、日两国。中国国务院台办发言人在3月20日说：“台湾地区领导人选举投票3月20日结束。据台湾媒体报道，参加竞选的一方认为这是一次；‘不公平的选举’，决定提出‘选举无效之诉’。我们正密切关注事态的发展。”中共中央台办、国务院台办还针对公民投票指出：“3月20日，台湾当局执意举办所谓‘和平公投’，试图挑?两岸关系、分裂国家，公投结果无效。事实证明，这一非法行径不得人心。任何把台湾从中国分割出去的企图都是注定要失败的。”
大陆方面的发言，首先表明大陆并不认为台湾大选已有最终结果，还把希望寄托在“选举无效之诉”上；其次，即使陈水扁胜出，大陆也不认为这是选举的最坏结果。对于大陆来说，最坏的结果是陈水扁当选和两项公投过半。然而，如果陈水扁真的最后当选，将逼迫大陆调整现行的对台政策。胡温体制发足后，对江则民时代的对台政策有所修正，主要是变大陆直接对台湾以武力相胁为通过主要大国的国际舆论打压陈水扁，并希望通过国际舆论的影响使陈水扁出局。在台湾大选前，外交部副部长戴秉国携带胡锦涛和温家宝的亲笔信，访问了美德法日俄5国，催促其首脑发声，点陈水扁最怕的国际舆论的“死穴”，而大部分首脑也都为其发出了所求之声，但陈水扁仍是长袖善舞，一招解重围，再取总统宝座，使中国的国际舆论压力牌归于无效，这必然迫使中国改变方针。
美国对这次选举持慎重态度。美国没有即时给陈水扁发贺电，美国在台协会也要求21日下午4时与陈总统会面，要求确保一场“透明的选举”。对于美国来说，不管黑猫白猫，能维持现状者就是好猫，而陈水扁能否维持现状，美国拿不准。如果说在2000年大选时是中国对陈水扁“听其言观其行”，那幺现在中国已确认了陈水扁是个“渐独”分子，轮到美国对其“听其言观其行”了。
日本外务大臣为台湾大选于3月20日在横滨举行记者招待会，指出日本“既不支持中国使用武力，也不支持台湾独立”。本来日本外务省对这次台湾大选和公投问题的态度不是“各打五十大板”，而是对台湾比较严厉，他们指责台湾搞公投是“增加两岸没有必要的紧张”，而且反对台湾独立的口气也比较坚决。但是自民党干事长安倍晋三对台湾公投称赞有佳，并多次要求中国对台湾选举不要干涉。本来小泉首相比较认同外务省观点，但是受到安倍的影响，加之对北京揪住他参拜靖国神社不放松有些恼火，因此他最近批评川口大臣：为什幺外务省只说反对台湾独立而不谈反对中国使用武力？这次戴秉国访问5国行“台湾问题之旅”，可能小泉的发言最不合中国之意。他说：日本既不支持台湾独立，也反对在台湾的问题上使用武力。很显然，“反对”这个词要比“不支持”分量重。