Por não ter obtido a maioria absoluta dos votos, o candidato do Partido Socialista, Salvador Allende (que havia sido derrotado em três eleições anteriores), disputou um segundo turno contra o segundo colocado em votação indireta, no congresso, de acordo com a Constituição então vigente. No segundo turno, em 24 de outubro, mais de 150 parlamentares - 78,46% do congresso - votaram a favor de Allende. Com o resultado, pela primeira vez na História um candidato socialista foi eleito para a presidência de um país pelo voto popular.
No dia em que foi eleito, Allende declarou que faria um governo marxista, prometendo implantar a reforma agrária, controlar as importações e exportações e nacionalizar os bancos. Assumiu o poder numa época em que 45% do capital do país estavam nas mãos de investidores estrangeiros, as minas de cobre eram praticamente de domínio norte-americano e 80% das terras eram propriedade de latifundiários. Em 1970, a dívida do Chile era de mais de 4 bilhões de dólares, proporcionalmente a segunda maior do mundo.
Hoje, sabe-se que a CIA gastou quantia significativa para influenciar o resultado da eleição. Mas não forneceu dinheiro para nenhum candidato, como havia feito durante o pleito de 1964. Ao contrário: concentrou-se em propaganda anti-Allende, gastando cerca de 425 mil dólares. O dinheiro foi utilizado em uma "campanha de medo" composta por pôsteres e panfletos ligando a vitória de Allende à violência e à repressão vigentes na União Soviética. Editoriais e reportagens reforçando esta comparação foram escritos sob orientação da CIA e publicados em jornais como o El Mercurio e disseminados pela mídia chilena. A meta era contribuir com a polarização política e o pânico financeiro do período. Além da propaganda, a CIA também tentou causar um racha no Partido Radical, para que se afastasse da coalizão da Unidade Popular. O diretor da CIA na época, Richard Helms, queixou-se de que a Casa Branca ordenou que ele "derrotasse alguém com nada".
Afirmou-se também na ocasião que os gastos com a verba da KGB foram mais precisos. Allende pediu dinheiro soviético a seu contato pessoal, o agente Sviatoslav Kuznetsov, que saiu da Cidade do México em direção ao Chile com urgência para ajudá-lo. A quantia inicial de dinheiro que a KGB enviou para estas eleições foi de 400 mil dólares, além de subsídio adicional de 50 mil dólares. No pedido, afirmou que realizaria "as medidas destinadas a promover a consolidação da vitória de Allende e sua eleição ao posto de presidente do país".
Após a vitória de Allende, o então presidente dos EUA, Richard Nixon, teria ficado enfurecido com o fracasso das ações secretas da CIA. A eleição também provocou a ira dos setores reacionários do Chile, que contaram com o apoio irrestrito dos EUA. Desta forma, desenvolveram formas de boicote ao governo, como greves de setores vitais, como o transporte, fazendo com que ítens de primeira necessidade, como alimentos, não chegassem às cidades. A classe média burguesa, que se opunha ao regime popular, passou a estocar produtos para criar um falso clima de desabastecimento no país.
Os EUA tiveram seus interesses prejudicados, porque a mudança de governo significou uma enorme barreira para a Operação Condor, planejada para conter os movimentos de resistência às ditaduras militares que se espalhavam pelos países da América Latina nas décadas de 1960 e 1970. A saída encontrada para reverter o quadro desfavorável viria em 1973, com o golpe militar que levaria à morte de Allende e instauraria os 17 anos da ditadura de Augusto Pinochet.