Στις 12 Δεκεμβρίου 2004 προτάθηκε από τον Πρωθυπουργό [[Κωνσταντίνος Α. Καραμανλής|Κώστα Καραμανλή]] για το αξίωμα του [[Πρόεδρος της Ελληνικής Δημοκρατίας|Προέδρου της Δημοκρατίας]]. Υπέρ της πρότασης εκφράστηκε και το [[ΠΑΣΟΚ]]. Στην πρώτη ψηφοφορία που έγινε στη Βουλή στις 8 Φεβρουαρίου του 2005 ο Κάρολος Παπούλιας εξελέγη Πρόεδρος της Δημοκρατίας από τον πρώτο γύρο με 279 ψήφους. Οι βουλευτές του [[ΚΚΕ]] και του [[ΣΥΡΙΖΑ]] δήλωσαν «παρών».
Στις 3 Φεβρουαρίου 2010 ο Κάρολος Παπούλιας επανεξελέγη στο ύπατο αξίωμα της χώρας με 266 ψήφους στο σύνολο των 298 ψηφισάντων. Υπερψηφίστηκε από σύσσωμες τις Κοινοβουλευτικές Ομάδες του ΠΑΣΟΚ, της ΝΔ και του [[ΛΑΟΣ]], ενώ 32 βουλευτές των [[ΚΚΕ]] και [[ΣΥΡΙΖΑ]] δήλωσαν «παρών». Με το αποτέλεσμα αυτό έγινε ο τρίτος Πρόεδρος που επανεκλέγεται για δεύτερη θητεία.<ref>{{Cite web|url=http://www.tanea.gr/news/greece/article/4558769/?iid=2|title=Πανηγυρική επανεκλογή Παπούλια|date=2010-02-03|website=Τα Νέα|publisher=|accessdate=2016-07-24}}</ref> Ορκίστηκε για δεύτερη φορά στις 12 Μαρτίου 2010.<ref>{{Cite web|url=http://www.ethnos.gr/politiki/arthro/exoume_polla_mprosta_mas-10617021/|title=Εχουμε πολλά μπροστά μας|date=2010-03-13|website=ethnos.gr|publisher=|accessdate=2016-07-24}}</ref>
<ref>{{Cite web|url=https://www.protagon.gr/themata/o-prodotis-papoulias-kai-i-ethniki-ntropi-mias-parelasis-pou-den-egine-44342413241|title=Η εθνική ντροπή του 2011: Οταν κάποιοι αποκαλούσαν «προδότη» τον Παπούλια {{!}} Μιχάλης Μιχαήλ|website=Protagon.gr|language=el|accessdate=2022-01-02}}</ref>Το 2012 στην επέτειο του Όχι στην Θεσσαλονίκη αναγκάστηκε να αποχωρήσει από τον χώρο τον επισήμων λόγο επιδοκιμασιών στο πρόσωπο του από τους λεγόμενους Αγανακτισμένους πολίτες, που αντιδρούσαν στο Μνημόνιο που υπέγραψε η Ελληνική κυβέρνηση με εκπροσώπους της Ε.Ε. και του Δ.Ν.Τ. Με αποτέλεσμα η Στρατιωτική Παρελάσει να ματαιωθεί, είχε δηλώσει την ιδία μέρα στον τόπο των γεγονότων «Λυπάμαι. Λυπάμαι για τους υβριστές. Διάλεξαν μια μέρα που είναι ντροπή τους. Και είναι και νέοι. Εμείς πολεμήσαμε για την Ελλάδα. Δεκαπέντε χρονών και πολεμούσα το ναζισμό και τους Γερμανούς, μη μου λένε τώρα “Παπούλια προδότη’’ . Ποιος είναι προδότης; Να ντρέπονται. Να ντρέπονται. Τιμάω την πόλη, την τιμούσα χρόνια. Έρχομαι εδώ για να τιμήσω αυτή την ημέρα εδώ στη Θεσσαλονίκη, σε αυτή την ιστορική πόλη. πράγμα που ανέφερε (σε συντομία, μίλησε για την πολίτικη του Λαϊκισμού) και η κυρία πρόεδρος της δημοκρατίας, κατά την ομιλία της στην κηδεία που έγινε στην μητρόπολη Αθηνών <ref>{{Cite web|url=https://www.capital.gr/epikairotita/3604963/kideia-k-papoulia-simera-apoxairetame-enan-pisto-kai-anusteroboulo-upireti-tou-topou-mas-tonise-i-proedros-tis-dimokratias|title=Κηδεία Κ. Παπούλια: Σήμερα αποχαιρετάμε έναν πιστό και ανυστερόβουλο υπηρέτη του τόπου μας, τόνισε η Πρόεδρος της Δημοκρατίας|last=Capital.gr|website=Capital.gr|language=el|accessdate=2022-01-02}}</ref>
