정 후보와 대결을 벌인 새정치민주연합 박영순 후보는 42.58%(2만2,434표)를 얻으며 지난 2006년과 2010년 지방선거에 이은 3번째 맞대결에서 또다시 고배를 마셨다.
충남 서산·태안 재선거에 나선 김제식 후보는 49.66%(3만173표)로 당선됐다.
새정치민주연합 조한기 후보는 37.76%(2만2,945표)를 얻는데 그쳤고 충남지사를 지냈던 무소속 박태권 후보는 12.56%(7,635표)를 득표했다.
정용기 당선자는 당선이 확정된 뒤 기자들과 만나 "남은 임기가 1년 10개월로 짧은 만큼 '바로 일할 수 있는 일꾼'을 강조한 점을 유권자들이 감안해주신 게 아닌가 생각한다"고 밝혔다.
정 당선자는 "구민들의 성원은 지역 발전에 대한 갈망 때문"이라며 "지역 숙원사업인 회덕IC 신설과 대전산업단지 리모델링, 충청권 광역철도망 사업 예비타당성 조사 통과 등으로 보답하겠다"고 말했다.
이어 "성완종 의원이 추진했던 정책을 순조롭게 마무리하고 약속드린 대전당진고속도로의 대산 연장사업 조기 추진, 서해안고속도로 태안 연계 등도 꼼꼼히 챙기겠다"고 덧붙였다.
당선자들은 전임 의원의 잔여 임기인 오는 2016년 5월 29일까지 1년 10개월 동안 의원직을 맡게 된다.
이번 재보선에서 새누리당은 대전 대덕구와 충남 서산·태안, 충북 충주 등 충청권 3곳의 의석을 모두 지켜내면서 충청권 4개 광역단체장을 모두 새정치민주연합에 내줬던 지난 6.4 지방선거 결과를 어느 정도 만회했다는 평가를 받고 있다.
한편 대전 대덕구는 총 유권자수 16만1,571명 가운데 5만2,915명이 투표하면서 32.8%, 서산·태안은 18만4,944명 가운데 6만1,100명이 투표를 마치며 33.0%의 잠정 최종투표율을 각각 기록, 역대 재보선 평균 투표율(35.3%)을 밑돌았다.