Em 1952, 1958 y 1962 se presentó a las elecciones presidenciales. En la primera ocasión fue temporalmente expulsado del partido por aceptar el apoyo de los comunistas, que habían sido ilegalizados, y quedó en cuarto lugar. En 1958, con el apoyo socialista y comunista, quedó en segundo lugar tras Jorge Alessandri.

En paralelo con el avance de importantes medidas sociales, el panorama político durante el gobierno de Frei Montalva fue de aumento de la polarización, incluso en el interior del Partido Democratacristiano, que sufrió importantes divisiones, así como el desligamiento de sectores de su juventud hacia posturas más vinculadas a la izquierda. Por fin, las elecciones parlamentarias de 1969 mostraron la nueva situación política del país, en tanto sus resultados apuntaron a perfilar tercios irreconciliables, en gran medida debido a la disminución del apoyo al centro político y el fortalecimiento de las opciones de izquierda y de derecha.

Esta situación se reflejaría con mayor claridad en las elecciones presidenciales de 1970, marcadas por el enfrentamiento de proyectos de sociedad antagónicos e imposibles de conciliar. En ellas resultó victoriosa la alianza de comunistas, socialistas, sectores del radicalismo y el MAPU en la llamada Unidad Popular, que estaba encabezada por Allende, con el 36, 3 % de los sufragios. El estrecho margen de diferencia con los votos recibidos por los otros dos candidatos, Jorge Alessandri por la derecha y Radomiro Tomic por la Democracia Cristiana, obligó a que la elección de Allende fuera ratificada por el congreso, en el que se enfrentó a una fuerte oposición. Por fin, el 24 de octubre de 1970, tras lograr el apoyo del Partido Demócrata Cristiano con la firma de un Estatuto de Garantías Democráticas que se incorporaría al texto constitucional, Salvador Allende fue proclamado presidente.

A pesar de ello, la Unidad Popular, una vez en el gobierno, emprendió la realización de su plan de acción, el cual ponía énfasis en la profundización de las medidas reformistas iniciadas por la administración anterior. Así, se amplió el volumen de tierras expropiadas y se inició la socialización de importantes empresas hasta entonces en manos privadas, las cuales pasaron a ser dirigidas por cooperativas de trabajadores asesorados por funcionarios proclives al Gobierno. Además, se concretó la nacionalización del cobre, sin pago de indemnizaciones a las empresas norteamericanas, lo cual significó el enfrentamiento con los Estados Unidos, quienes a partir de ese momento apoyaron abiertamente a los grupos opositores al gobierno socialista.
A pesar de esta rígida oposición, el Gobierno de Allende contó con un apoyo importante por parte de la ciudadanía, en particular de los sectores populares, que se veían directamente beneficiados. En efecto, el Estado subsidiaba gran parte de los servicios básicos, además de apoyar a organizaciones de trabajadores, campesinos y pobladores urbanos en sus demandas de participación.

Este apoyo a la presidencia de Allende se demostraría claramente en las elecciones parlamentarias de 1971 y las municipales de 1973, en las cuales los partidos de la Unidad Popular crecieron en número de votos.

La derecha y algunos sectores de la Democracia Cristiana consideraron la situación insoluble, por lo que decidieron, de forma más o menos abierta, recurrir al recurso del golpe de estado militar contra el presidente Allende. En junio de 1973 hubo un primer intento de golpe, conocido como “El Tancazo”: un regimiento de blindados de la capital se alzó contra el gobierno, pero las fuerzas leales, encabezadas por Prats, lograron dominar la situación.

Finalmente, el 11 de septiembre de 1973, el general Augusto Pinochet encabezó un golpe militar, durante el cual bombardeó el palacio de la Moneda, sede del gobierno. El presidente Allende rechazó las exigencias de rendición y murió en el palacio presidencial. En 1990 su cuerpo fue exhumado de la tumba anónima en la que se hallaba, y recibió en Santiago un enterramiento formal y público.