25 января Президиум Верховного Совета РСФСР под председательством Б. Н. Ельцина постановил провести на всей территории РСФСР в воскресенье, 17 марта 1991 года, референдум СССР по вопросу о сохранении Союза ССР как Федерации равноправных республик. 7 февраля 1991 года Верховный Совет РСФСР решил провести одновременно с референдумом СССР также референдум РСФСР, который содержал только один вопрос: о введении поста Президента РСФСР
28 февраля президиум Моссовета принял решение провести 17 марта, помимо референдумов СССР и РСФСР, еще и опрос общественного мнения москвичей. Вопрос был сформулирован так: Считаете ли вы необходимым провести прямые выборы мэра Москвы жителями города? В опросе участвовало 67,63 % москвичей, из них 81,14 % поддержало проведение выборов мэра. Вместе с опросом прошли выборы депутатов некоторых райсоветов Москвы.
17 марта 1991 года параллельно со всесоюзным прошел Первый Всероссийский референдум о введении поста Президента РСФСР. В нем приняло участие 75,09 % граждан России, из них 71,3 % поддержало это предложение. Через три месяца, 12 июня 1991 года, первым Президентом РСФСР был избран Борис Ельцин.
21 января 1991 года Президиум Верховного Совета Белорусской ССР под председательством Николая Ивановича Дементея постановил организовать в республике проведение общесоюзного референдума и рекомендовать разъяснение населению существа вопроса, выносимого на референдум, порядка голосования, а также исторической важности решения, принимаемого гражданами в результате голосования.
Президиум Верховного Совета Украинской ССР поддержал проведение всесоюзного референдума. Дополнительно в бюллетень был включен второй вопрос: Согласны ли Вы с тем, что Украина должна быть в составе Союза Советских суверенных государств на основе Декларации о государственном суверенитете Украины? “Да” или «Нет». На первый вопрос утвердительно ответили 70,2 % проголосовавших избирателей, против высказались 28 %.
В Крыму отдельного подсчета голосов не проводилось, так как на момент проведения референдума на территории полуострова существовала Крымская область. Крымская автономия в виде Крымской АССР была восстановлена позднее законом Украины от 19 июня 1991 года.
Верховный Совет Казахской ССР переформулировал вопрос, вынесенный на голосование в общесоюзном референдуме: Считаете ли вы необходимым сохранение Союза ССР как Союза равноправных суверенных государств.
При этом Президиум Верховного Совета Казахской ССР официально просил включить результаты голосования по республике в общие итоги референдума СССР.
Референдум по новому союзному договору в Абхазской АССР показал полную (99,06 %) поддержку населения идеи сохранения единства СССР.
Уже 25 февраля 1991 года Верховный Совет СССР отметил, что высшие органы власти отдельных республик в нарушение Конституции и законодательства СССР фактически блокируют исполнение решения IV Съезда народных депутатов