Sept mois après son accession à la présidence, Alain Poher est appelé à assurer l'intérim de la présidence de la République, après la démission du général de Gaulle, en avril 1969. Il se porte candidat à l'élection présidentielle, sans succès, face à Georges Pompidou.

 Sous sa présidence, le Sénat retrouve toute sa place de seconde chambre du Parlement au sein des institutions de la Vème République.

 En 1971, s'opposant au ministre de l'intérieur, il saisit le Conseil constitutionnel pour protéger la liberté d'association. Il incite également au développement des commissions d'enquête qui permettent au Sénat de contrôler l'action du Gouvernement.

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En 1974, le décès de Georges Pompidou l'amène à exercer un second intérim de la présidence de la République. Européen convaincu, il met à profit cet intérim pour faire ratifier, au nom de la France, la Convention européenne des droits de l'homme.

Président de l'Association des Maires de France de 1977 à 1983, il incarne les élus locaux et les collectivités territoriales dont le Sénat est le représentant constitutionnel.

Il décède le 9 décembre 1996

Le Sénat lui a rendu hommage, jeudi 20 mai 1999, en dévoilant une plaque à son effigie sur le pupitre qu'il a occupé pendant plus de quarante ans dans l'hémicycle du Palais du Luxembourg