由目前中華民國自由地區五個原有或新成立的直轄市（臺北市、新北市、臺中市、臺南市及高雄市）選出新一屆的市長及市議員。其中除臺北市維持其原有規模外，新北市、臺中市及臺南市分別由原臺灣省轄之臺北縣改制、臺中縣臺中市合併改制及臺南縣臺南市合併改制，而高雄市則由原直轄市高雄市及臺灣省轄之高雄縣合併改制。
這場選戰是續2009年縣市長選舉後，中國國民黨的馬英九政府所面臨的另一次全國性選舉，被視為對新政府的另一輪信任投票。由於五個直轄市的人口合計達1,370萬，佔全臺灣總人口的六成左右，故此次選舉被視為臺灣政治局勢日後發展的關鍵指標，同時也具有2012年總統大選前哨戰的重大意義。

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2010年中華民國直轄市市長選舉結果：
藍色：中國國民黨所贏得之臺北市、新北市及臺中市。

綠色：民主進步黨所贏得之臺南市及高雄市。

台北市情形：

台北市議員選舉情形：

新北市情形：

新北市議員選舉情形：

台中市情形：

台中市議員選舉情形：

台南市情形：

民進黨籍賴清德壓倒性優勢！

台南市議員選舉情形：

高雄市情形：

民進黨籍陳菊同樣壓倒性優勢！

高雄市議員選舉情形：

選舉結果：

台北市市長：郝龍斌（國）

新北市市長：朱立倫（國）

台中市市長：胡志強（國）

台南市市長：賴清德（民）

高雄市市長：陳菊（民）

各政黨直轄市議員當選名額：

中國國民黨：台北市31，新北市30，台中市27，台南市13，高雄市29，總計130。

親民黨：台北市2，新北市0，台中市1，台南市0，高雄市1，總計4。

新黨：台北市3，新北市0，台中市0，台南市0，高雄市0，總計3。

泛藍陣營小計：台北市36，新北市30，台中市28，台南市13，高雄市30，總計137。

民主進步黨：台北市23，新北市28，台中市24，台南市27，高雄市28，總計130。

台灣團結聯盟：台北市1，新北市0，台中市1，台南市0，高雄市0，總計2。

制憲聯盟：台北市0，新北市0，總計0。

泛綠陣營小計：台北市24，新北市28，台中市25，台南市27，高雄市28，總計132。

台灣綠黨：台北市0，新北市0，總計0。

台灣民意黨：台南市0，總計0。

無黨籍及未經政黨推薦者：台北市2，新北市8，台中市10，台南市17，高雄市8，總計45。

其他政黨及無黨籍小計：台北市2，新北市8，台中市10，台南市17，高雄市8，總計45。

中華民國直轄市議員選舉政黨得票數：

中國國民黨：2,890,154票，得票率38.63%

民主進步黨：2,643,828票，得票率35.34%

親民黨：151,661票，得票率2.03%

台灣團結聯盟：126,359票，得票率1.69%

新黨：95,050票，得票率1.27%

台灣綠黨：24,650票，得票率0.33%

制憲聯盟：188票，得票率0.00%

台灣民意黨：138票，得票率0.00%

政黨得票數總計：5,923,028票，得票率79.28%

無黨籍及未經政黨推薦者：1,549,926票，得票率20.72%

新北市賄選疑案：
第3選舉區（蘆洲區、三重區）某市議員候選人賄選疑案
新北市第3選區某市議員候選人的楊姓、洪姓樁腳利用抄錄選舉人名冊時，以1000元買票，於2010年11月22日被檢方約談後收押。檢方自樁腳處查獲「買票名冊」，名冊詳列上百位選民的地址及買票金額，已有選民坦承收賄、並繳出賄款，檢方決定選後進行大規模約談。
第4選舉區（板橋區）某市議員候選人賄選疑案一
第4選舉區某市議員候選人擔任某協會理事長，協會李姓總幹事為其樁腳。2010年11月23日，板橋地檢署查獲李姓樁腳涉嫌在九、十月間，以3000元向協會會員買票，另透過多名下游以每票500元向選民買票，檢方約談搜索李某及會員，隨後聲押李姓樁腳。
第4選舉區（板橋區）某市議員候選人賄選疑案二
板橋區某市議員候選人涉嫌以贈送醃漬蔬菜進行賄選被檢舉，2010年11月25日，再度被檢舉涉嫌以500元買票。檢方約談涉嫌買票的吳姓夫婦及選民，認為吳姓夫婦涉及賄選情節重大，且有串證、滅證之虞，向法院聲押獲准。
第7選舉區（樹林區、鶯歌區、土城區、三峽區）某市議員候選人賄選疑案
土樹三鶯區有市議員候選人透過楊姓樁腳，十月起透過謝姓、程姓友人介紹賴姓、張姓鄰長等人，以每票3000元賄選，楊姓樁腳同時委託卓姓樁腳抄錄選舉人名冊，再依名冊行賄柯姓、張姓選民。2010年11月25日，檢方會同縣調站及警方搜索相關人士住所，並傳訊楊姓樁腳及謝姓、程姓友人及賴姓鄰長四人，聲押楊姓樁腳獲准。

台中市賄選疑案：
第一選舉區（大甲區、大安區、外埔區）市議員候選人賄選疑案
大甲鎮某市議員候選人樁腳劉竹富，涉嫌以每票500元買票，2010年11月27日遭羈押，劉某妻子陳美如、選民李錦子2人獲交保。
第二選舉區（清水區、梧棲區、沙鹿區）市議員候選人賄選疑案
2010年11月23日，台中地檢署查獲某市議員候選人樁腳黃文錐、蘇媚馨在清水鎮清埔里、橋頭里、北寧里、中社裡，及沙鹿鎮南勢里、北勢裡一帶賄選；2010年11月24日，樁腳黃文錐、蘇媚馨遭收押禁見，另4名樁腳王春木、陳李美足、楊林麗卿、林美蘭等人各以2萬交保。
第五選舉區（神岡區、大雅區、潭子區）市議員候選人賄選疑案
第五選區潭子、大雅、神岡地區，某市議員候選人疑似透過樁腳張春草，以每票500元進行賄選，檢方查扣8000元疑似賄款，傳喚30多人到案，張春草以10萬元交保。
第十三選舉區（大里區、霧峰區）市議員候選人賄選疑案
台中縣霧峰鄉某市議員候選人涉嫌透過樁腳發放「走路工」給選民，每票1000元。2010年11月18日，台中地檢署傳訊樁腳張春夏、謝梅枝，2010年11月19日，張春夏遭羈押；謝梅枝則獲交保。地檢署傳訊15名選民，多人坦承收賄，目前查出疑似向六十多人賄選，發出六萬多元賄款。
第十四選舉區（東勢區、石岡區、新社區、和平區）國民黨籍候選人陳萬通涉及賄選案
國民黨市議員候選人陳萬通被檢舉，聯合里長候選人詹前石以洋酒禮盒、每票500元進行賄選。2010年12月8日、台中地檢署傳喚陳萬通、詹前石及樁腳、選民等百餘人到案，全數否認行賄收賄，詹前石5萬元交保。是否是錢尚未撒出？還是另有用途，檢方表示再進行瞭解。警方在陳萬通的兩名樁腳住處分別查獲59萬元、8萬5千元，及硬碟、存摺、酒禮盒、茶葉禮盒等物品。另外有多名選民的住家查到同款品牌的酒禮盒。
第十五選舉區（居住臺中市之平地原住民）候選人洪金福賄選疑案
平地原住民市議員候選人洪金福的妻子陳秀美、樁腳林榮祥、張建豐，坦承以每票5千元進行買票，檢方偵訊後以3萬到10萬交保。
第十六選舉區(居住臺中市之山地原住民)某市議員候選人賄選疑案
山地原住民也傳出賄選，接獲檢舉有人送一包檳榔、一包巧克力及1千元現金行賄，檢方傳訊多人偵訊。

台南市賄選疑案：

第二選舉區（鹽水區、新營區、柳營區）顏炎釧涉及賄選案
無黨籍市議員參選人顏炎釧涉嫌在臺南縣新營市、鹽水鎮等地以每票新臺幣500元代價買票，臺南地方法院檢察署經過3次搜索，查獲疑似賄選金新臺幣1600多萬元現金，2010年11月20日將顏炎釧夫婦以及弟媳王月霞收押。顏炎釧成為本次大台南市議員選舉中，第一位被收押的市議員候選人。選舉結果揭曉後，顏炎釧以第4高票當選。2010年11月29日台南地檢署初步決定對顏炎釧提起「當選無效之訴」。

高雄市賄選疑案：
第十一選舉區（大寮區、林園區）孫祈政涉及賄選案
檢調單位接獲檢舉，指中國國民黨籍市議員候選人孫祈政涉嫌賄選。2010年11月19日，高雄地方法院檢察署搜索孫祈政競選總部，查扣現金近二萬元、名冊、傳單等疑似賄選證物，並傳喚樁腳和選民共61人。有25位選民坦承受賄，並當場交出賄款，孫祈政遭拘提並聲請羈押獲准，成為本次選舉第一位市議員候選人遭羈押案件。2010年11月21日，高雄地檢署清查扣案名冊，發現涉案選民高達15906人，下午傳喚上百名選民。檢方對本案蒐證完整，從候選人、樁腳、到受賄選民，上、中、下游一舉查獲。檢方為鼓勵被告自新，對於坦承不諱並繳出賄款者，將予以緩起訴處分。為了獲得緩起訴處分，涉案選民紛紛自首，部分涉案樁腳甚至「幫忙」檢方收回賄款。