La Revolución Naranja y la presidencia de Yúshchenko
La presidencia de Yanukóvich
Las próximas elecciones presidenciales, celebradas el 17 de enero de 2010, confirmaron la desaparición política del Presidente Yúshchenko, que recibió solo alrededor del 5 por ciento de los votos. Los dos candidatos principales, Yanukovich y Tymoshenko, obtuvieron alrededor del 35 y el 25 por ciento, respectivamente. Debido a que ninguno de los dos había ganado la mayoría de los votos, se llevó a cabo una segunda vuelta el 7 de febrero. Los resultados de la segunda vuelta se dividieron en gran medida a lo largo de líneas regionales, con la mayor parte del oeste de Ucrania apoyando a Timoshenko y la mayor parte del este a favor de Yanukóvich. Al ganar el 48,95 por ciento de los votos, una estrecha ventaja sobre el 45,47 por ciento de Tymoshenko, Yanukóvich asumió la presidencia. Aunque los observadores internacionales determinaron que la encuesta había sido justa, Tymoshenko declaró los resultados fraudulentos y se negó a reconocer la victoria de Yanukovich; ella y sus partidarios boicotearon la inauguración de Yanukovich el 25 de febrero. A la semana siguiente, el gobierno de Tymoshenko fue derribado por un voto de censura y Mykola Azarov del Partido de las Regiones fue instalado como primer ministro. El presidente Yanukovich obtuvo una mayor autoridad ejecutiva a finales de 2010 cuando el Tribunal Constitucional anuló la reforma de 2006 que había mejorado los poderes del primer ministro.
En abril de 2010, tras un debate parlamentario, Ucrania acordó extender el arrendamiento del puerto de Sebastopol, originalmente programado para expirar en 2017, hasta 2042. A cambio, Ucrania recibiría una reducción en el precio del gas natural ruso. El gobierno ucraniano mejoró aún más las relaciones con Rusia en junio de 2010, cuando abandonó oficialmente su objetivo de unirse a la OTAN, una persecución a la que Rusia se había opuesto. Mientras la administración de Yanukovich continuaba su giro hacia Moscú, los líderes de la UE expresaron su preocupación por la preservación del Estado de derecho en Ucrania.
En 2011, el ex primer ministro Tymoshenko, el político más popular del país, fue declarado culpable de abuso de poder en relación con un acuerdo de gas natural con Rusia en 2009 y condenado a siete años de prisión. En febrero de 2012, el ministro del interior de Tymoshenko, Yuri Lutsenko, también fue declarado culpable de abuso de poder y condenado a cuatro años de prisión. Muchos observadores creían que ambos juicios tenían motivaciones políticas. Cuando Ucrania patrocinó el torneo del Campeonato de Europa de fútbol de la UEFA en el verano de 2012, varios países de la UE registraron su preocupación por Tymoshenko boicoteando el evento.
En las elecciones parlamentarias de octubre de 2012, el Partido gobernante de las Regiones surgió como el bloque más grande, con 185 escaños. El partido de la Patria de Tymoshenko obtuvo 101 escaños, la Alianza Democrática Ucraniana para las Reformas (UDAR) de Vitali Klitschko ganó 40 escaños, y el ultranacionalista partido Svoboda («Libertad») tuvo una actuación sorprendentemente fuerte, ganando 37 escaños. Desafiando la validez de los resultados, Tymoshenko se embarcó en una huelga de hambre. Aunque los observadores internacionales llamaron la atención sobre irregularidades en algunas contiendas, el Parlamento Europeo caracterizó las elecciones como comparativamente justas, y los principales partidos de la oposición aceptaron los resultados oficiales. En diciembre de 2012, el primer Ministro Azarov formó un gobierno con el apoyo de diputados comunistas e independientes. En lo que fue ampliamente visto como un intento de descongelar las relaciones con la UE, Yanukovich indultó al encarcelado Lutsenko y ordenó su liberación en abril de 2013.