Po przejściu niezbędnych operacji na Kubie, prezydent nie był jednakże w stanie powrócić do kraju i przez ponad dwa miesiące przebywał za granicą. Ostatecznie 18 lutego 2013 został przetransportowany do szpitala wojskowego w Caracas, gdzie 5 marca zmarł. Po jego śmierci wiceprezydent Maduro przejął obowiązki szefa państwa do czasu organizacji nowych wyborów prezydenckich – 8 marca został zaprzysiężony na tymczasowego prezydenta Wenezueli.
Prezydent mały|Maduro podczas zaprzysiężenia na prezydenta Wenezueli, 19 kwietnia 2013Głównym zadaniem Maduro jako tymczasowego prezydenta było rozpisanie wyborów prezydenckich. 9 marca komisja wyborcza Wenezueli poinformowała o rozpisaniu wyborów na 14 kwietnia. Maduro został wybrany przez Zjednoczoną Partię Socjalistyczną jako jej kandydat w wyborach. Jego głównym rywalem był Henrique Capriles Radonski z opozycyjnego ugrupowania. W przeprowadzonych 14 kwietnia wyborach Maduro uzyskał 50,7% głosów. 19 kwietnia 2013 został oficjalnie zaprzysiężony na prezydenta Wenezueli.