El médico radical fue electo presidente en 1963 con el peronismo proscripto. Tuvo el 25 % de los votos, pero los que sufragaron en blanco llegaron al 19 %.
Gobernó desde octubre del 63 a junio de 1966 cuando fue depuesto por un golpe militar.
Tomado de la nota Illia, un ejemplo de modestia y principios, en clarin.comUn gesto lo pinta de cuerpo entero. Al día siguiente de su destitución por las fuerzas del general Onganía ( con la venia de las grandes empresas y el sindicalismo peronista) convocó al Escribano Mayor de Gobierno para hacer un registro de sus bienes. Al asumir, en 1963, había declarado una propiedad en Cruz del Eje (obsequiada por los vecinos para que la utilice de casa-consultorio), un auto y un depósito bancario de 300.000 pesos. Al dejar el gobierno sólo le quedaba la casa en la localidad cordobesa. La plata la había gastado y el auto, un Fiat 1500, lo vendió en pleno ejercicio de la Presidencia para afrontar gastos por la enfermedad de su esposa. Más datos: dispuso en tres años de 240 millones de pesos para gastos reservados (que no requieren rendición de cuentas) y sólo utilizó 20 millones, entre otras cosas para llevar obras de teatro a Europa.
Fue el único presidente argentino que no aceptó jubilación.

Tomado de la gran W.El 28 de junio de 1966, en una fría mañana de invierno se produjo el golpe militar en medio de la indiferencia de la ciudadanía. El General de División Julio Rodolfo Alsogaray, Jefe de la Casa Militar Brigadier Rodolfo Pío Otero, el coronel Luis Perlinger y un grupo de oficiales se presentaron en el despacho presidencial para solicitarle a Illia el retiro de la Casa de Gobierno, asegurándole en todo momento su integridad física. Éste se negó rotundamente y luego de una fuerte discusión donde manifestó "El comandante en jefe de las Fuerzas Armadas soy yo" los militares tuvieron que abandonar el despacho. Ante la fuerte negativa los efectivos policiales ingresaron con pistolas lanzagases, mientras que las tropas rodearon por completo la Casa Rosada. Perlinger volvió a solicitar al presidente que se retire, caso contrario no podía garantizar la seguridad de las personas que lo acompañaban. Ante esta situación Illia optó por dejar el lugar. Rodeado por sus colaboradores bajó por la escalera hasta la planta baja, cruzó por la entrada y se dirigió a la calle, y como no disponía de vehículo porque lo vendió durante su presidencia abandonó el lugar en un taxi que lo llevó a la casa de su hermano en Martínez. Al día siguiente asumió Onganía, autodenominando al golpe «Revolución Argentina».
El 18 de enero pasado se cumplieron 30 años de su muerte.