Na przełomie kwietnia i maja 2008 roku w Sudanie przeprowadzony został niezbędny do stworzenia rejestru wyborców spis ludności. Pełne wyniki spisu zostały opublikowane w kwietniu 2009. Według nich terytorium Sudanu Południowego zamieszkiwało 8,2 mln osób. Władze Sudanu wyraziły wątpliwości co do tej liczby, uznając ją za zaniżoną. Ich zdaniem liczba ludności Sudanu Południowego mogła stanowić ok. 1/3 ludności całego Sudanu, tj. 11–13 mln osób.
W czerwcu 2009, z inicjatywy Stanów Zjednoczonych, władze północy i południa powołały trójstronną komisję w celu przeglądu i rozwiązania problemów związanych z implementacją porozumienia pokojowego z 2005. 19 sierpnia 2009, w obecności wysłannika USA , podpisały natomiast porozumienie o współpracy w realizacji postanowień układu pokojowego, w tym przygotowań wyborczych. We wrześniu 2009 strony rozpoczęły serię rozmów na ten temat. Były one prowadzone na szczeblu wiceprezydentów: wiceprezydenta Sudanu Alego Usmana Tahy oraz wiceprezydenta Sudanu Południowego Rieka Machara. Ich celem było wypracowanie prawa umożliwiającego organizację referendum. Do punktów spornych należały m.in. kwestie procentu głosów wymaganych dla secesji bądź jedności, osób uprawnionych do głosowania, a także ustalenie zasad procesu postreferendalnego, w tym podziału długu publicznego w przypadku secesji.