การลงประชามติเริ่มต้นขึ้นเมื่อวันที่ 9 มกราคม พ.ศ. 2554 สามวันหลังจากนั้น ตัวแทนของ SPLA/M ประกาศว่า ตามการประมาณการของพวกเขา จำนวนผู้ที่ลงประชามติเห็นควรแยกเซาท์ซูดานเป็นเอกราช ได้ถึงระดับที่ทำให้ผลการลงประชามติมีผลแล้ว กล่าวคือ มากกว่าขั้นต่ำที่ร้อยละ 60 (จากจำนวนผู้มีสิทธิ์กว่า 2.3 ล้านคน) ได้มีการออกมายืนยันอย่างเป็นทางการในวันเดียวกัน เมื่อคณะกรรมการการลงประชามติได้ออกแถลงการณ์ซึ่งประกาศว่าผลการลงประชามติจะ "เกิน" ขั้นต่ำที่ต้องการมากกว่าร้อยละ 60 แล้ว[10] จิมมี คาร์เตอร์ แสดงความเชื่อของตนออกมาเมื่อวันที่ 13 มกราคมว่า การลงประชามติดังกล่าวค่อนข้างที่จะเป็นไปตามมาตรฐานสากลสำหรับทั้งการจัดการลงคะแนนเสียงและอิสรภาพของผู้มีสิทธิ์ลงคะแนน[11] สหประชาชาติ รายงานว่า ผลขั้นต้นคาดว่าจะมีภายในวันที่ 2 กุมภาพันธ์ และผลขั้นสุดท้ายคาดว่าจะมีขึ้นภายในอีกสองสัปดาห์หลังจากนั้น[10][12]

ตามผลการนับคะแนนเสียงขั้นต้นโดยแอสโซซิแอดเพรส ซึ่งประกอบด้วยหีบใส่บัตรลงคะแนน 30,000 หีบ ใน 10 เขตเลือกตั้ง ตัวอย่าง 95% มี 96% ที่เห็นด้วยกับการแยกตัวเป็นอิสระ 3% ยอมรับความเป็นเอกภาพ[13] และที่เหลือเป็นบัตรเสีย นายโมฮัมเหม็ด คาลิล อิบราฮิม ประธานคณะกรรมการลงประชามติ กล่าวว่า กว่าร้อยละ 83 ของจำนวนผู้มีสิทธิ์เลือกตั้งทางใต้และร้อยละ 53 ทางตอนเหนือได้ออกมาใช้สิทธิ์ลงคะแนนเสียง[14] คณะกรรมการลงประชามติเซาท์ซูดานยืนยันการมีผลของคะแนนเสียงแล้ว แม้ว่าขณะนั้น การนับผลการลงประชามติจะยังทำไม่เสร็จสิ้นก็ตาม[15]

เมื่อการนับผลการลงประชามติเสร็จสิ้น ซูดานได้ให้ปฏิญาณว่าจะยอมรับผล[16]

ชื่อประเทศใหม่

ชื่อใหม่สำหรับประเทศที่ได้รับเอกราชนั้นยังคงอยู่ในระหว่างการเสนอแนะ โดยชื่อเซาท์ซูดานนั้นได้รับเสียงวิพากษ์วิจารณ์เนื่องจากมันยังไม่แตกต่างจากประเทศซูดาน[18] มีชื่อได้รับการเสนอมากกว่า 12 ชื่อ ตัวอย่างเช่น สาธารณรัฐไนล์ สาธารณรัฐคุช และอซาเนีย[19]