پس از عزل بنی صدر و دومین دوره انتخابات ریاست جمهوری، وی از ۱۱ مرداد ۱۳۶۰ تا ۸ شهریور همان سال، یعنی به مدت ۲۸ روز، رئیس‌جمهور بود. رجایی در هشتم شهریور ۱۳۶۰ در حادثهٔ انفجار در دفتر نخست‌وزیری به شهادت رسید.