Chính phủ Diệm ấn định quy tắc thủ tục bề ngoài ra vẻ nhằm bảo đảm rằng kết quả và số phiếu chính xác và ngăn chặn gian lận bầu cử, nhưng trong thật thế thì đếm mà không có giám sát độc lập, dẫn tới Diệm đắc được 98.9% số phiếu. Thủ tướng có 605,025 số phiếu ở Sài Gòn, dù chỉ 450,000 người đăng ký bầu, số phiếu của Diệm cũng vượt quá số người đăng ký ở các nơi khác.[1][32] Báo chí Pháp cho rằng chỉ nửa số người đăng ký ở Sài Gòn đi bỏ phiếu, còn lại tây chay cuộc trưng cầu dân ý,[57] ám chỉ rằng có hơn 60% số phiếu giả. Những người bênh vực Diệm phản bác lại rằng đây là bởi số người tị nạn công giáo từ Bắc Việt mới di cư xuống bỏ phiếu mà không có ghi vào danh sách, thay vì nhồi thùng phiếu quy mô lớn.[55]

Chính quyền Diệm công bố rằng 5,335,668 người có quyền bỏ phiếu, nhưng khi kết quả tuyên bố thì có đến 5,784,752 số phiếu.[56] Chính phủ Diệm cho rằng có mẹ Bảo Đại ủng hộ ủng hộ cuộc vận động, dù Diệm đã lệnh quân đội tịch thu gia sản và trục xuất bà khỏi đất mình.[58] Tỷ suất bỏ phiếu và ủng hộ Diệm gần như nhất trí lặp lại ở cao nguyên và khu vực đầm lầy Đồng bằng sông Cửu Long, nơi mà chính phủ cùng Quân đội quốc gia thậm chí không kiểm soát.[59] Ở vài huyện Đồng bằng có ghi chép tỷ suất bỏ phiếu ủng hộ Diệm vượt 90% số người đăng ký,[60] dù Ba Cụt cùng quân tư nhân ngăn việc đi bầu.[46]

Cuộc trưng cầu dân ý bị chỉ trích hàng loạt vì tính gian lận,[53] sử gia kiêm nhà văn Jessica Chapman nói "thậm chí những người biện hộ Diệm như Anthony Trawick Bouscaren và nhân viên tình báo Mỹ Edward Lansdale còn đồng ý với các nhà phê bình kịch liệt nhất về kết luận rằng chính phủ Việt Nam hoặc không thể hoặc không muốn tổ chức cuộc trưng cầu dân ý thật sự đại biểu, tự do."[35] Báo cáo Cục tình báo trung hơn viết năm 1966 đánh giá rằng cuộc bỏ phiếu thao túng nhất trong 11 năm đầu tiên của Việt Nam.[45] Chính phủ Mỹ kết luận riêng rằng độc quyền giới truyền thông và vận động bỏ phiếu của Diệm là yếu tố quan trọng hơn trong thắng lợi thay vì hăm dọa cùng việc bỏ phiếu không bí mật. Reinhardt điện Washington rằng "cuộc trưng cầu dân ý là thành công rực rỡ cho chính phủ Diệm,"[45] cho biết kết quả bỏ phiếu không nhất thiết phản ảnh thật tế, thêm rằng không phải vì Diệm có đa số ủng hộ, nhưng vì có thể kiểm soát đất nước mà không có thách thức. Khả năng loại trừ cộng sản và phe đối lập khác của Diệm làm chính phủ Mỹ phấn khởi.[45]

Theo học giả Bernald B. Fall, "không có một chút nghi vấn rằng cuộc trưng cầu dân ý này chỉ gian lận hơn một chút so với bầu cử trong chế độ độc tài,"[59] nhà báo Mỹ Stanley Karnow viện dẫn làm bằng chứng cho "tư tưởng quan liêu" của Diệm.[1] Chapman viết rằng "không mức độ vận động đơn phương, tư trào chống Bảo Đại hay kiềm hãm chính trị Nho giáo nào có thể giải thích thắng lợi 98% của Diệm ở Việt Nam hỗn tạp về mặt chính trị. Chắc chắn tham nhũng và hăm dọa có vai trò quan trọng."[61] Theo Buttinger, tuy chế độ quân chủ là "tàn dư mục nát của quá khứ Việt Nam" và Bảo Đại "là đại diện cuối cùng không đáng," nhưng gian lận và hăm dọa không cần thiết, bởi dù gì Diệm cũng sẽ thắng dễ dàng.[35] Sử gia David Anderson nói rằng chiến thắng "không thật sự vì quyền lực hay sự phổ biến của Diệm, mà sự yếu kém của hoàng đế, sự phân rã của phe đối lập và các yếu tố khác mới giải thích được thành công của Diệm."[30]