En Franche-Comté, les grands électeurs, essentiellement les élus des communes, étaient appelés à voter pour choisir leurs sénateurs dans le Doubs, la Haute-Saône et dans le Territoire-de-Belfort, mais non dans le Jura, dont les deux sièges de sénateur sont détenu par les UMP Gilbert Barbier et Gérard Bailly
Doubs :
Des trois sénateurs sortants Martial Bourquin (PS), Claude Jeannerot (PS) et Jean-François Humbert (UMP), seul le maire PS d'Audincourt se représentait. M. Bourquin est arrivé en tête du scrutin avec 31,88% des voix et conserve son siège. C'est désormais le seul sénateur socialiste de la région.
Les deux autres sièges ont été remportés par Jacques Grosperrin (29,19%), candidat investi par l'UMP, et Jean-François Longeot (27,13%). M. Longeot n'avait pas obtenu l'investiture de son parti, l'UMP, et avait décidé de mener une liste indépendante. Le maire d'Ornans, leader de l'opposition de droite au Conseil général du Doubs, a réussi à remporter le troisième siège de sénateur du département.
Haute-Saône :
Les deux sièges de sénateur, qui étaient auparavant détenus par le Parti socialiste, ont été remportés dès le premier tour par les candidats UMP Alain Joyandet (57,10%) et le maire de Luxeuil-les-Bains Michel Raison (59,77%). L'ancien secrétaire d'État à la Coopération et la Francophonie, Alain Joyandet, 60 ans, retrouve un poste qu'il avait déjà occupé de 1995 à 2002.
Les candidats UMP s'emparent ainsi des deux sièges de sénateurs détenus par les socialistes Yves Krattinger, qui ne se représentait pas, et Jean-Pierre Michel, qui a obtenu 33,83% des voix. Exception faite de la mandature des sénateurs sortants, de 2004 à 2014, la Haute-Saône avait toujours envoyé des sénateurs de droite au Sénat.
Territoire-de-Belfort :
La droite a repris le Territoire de Belfort, aux mains du PS puis du MRC depuis 1980, avec l'élection de l'UMP Cédric Perrin, qui succède à Jean-Pierre Chevènement.
Le candidat UMP, maire et conseiller général de Beaucourt (Territoire de Belfort), a remporté l'élection haut la main avec 52,59% des suffrages, sans avoir besoin de tirer profit des divisions entre le candidat soutenu par le MRC Christian Rayot (15,53% des suffrages exprimés) et celui du PS Yves Ackermann (21,53%).
Le président d'honneur du Mouvement républicain et citoyen (MRC) Jean-Pierre Chevènement, 75 ans, ne s'était pas représenté. Il abandonne ainsi son dernier mandat électif, qu'il avait lui-même ravi en 2008 au PS après le décès du sénateur Michel Dreyfus-Schmidt en poste depuis 1980.