Grabar Kitarovic, exministra de Exteriores de 46 años, obtuvo el 50,44% de los votos frente al 49,56% de su rival, el socialdemócrata Ivo Josipovic, anunció la comisión electoral en base al 80% de los votos escrutados.
Si se confirma este resultado, Grabar Kitarovic se convertiría en la primera mujer en ser elegida presidenta en los Balcanes por sufragio universal.
En este pequeño país, enfrentado desde hace seis años a una grave crisis económica, el presidente saliente Josipovic, de 57 años, jurista de formación y compositor de música clásica, obtuvo tan sólo un punto de diferencia sobre la exjefa de la diplomacia (2005-2008) en la primera vuelta.
El resultado supuso un golpe para el presidente saliente, candidato de la coalición de izquierda en el poder (SDP) y al que los sondeos daban como favorito.
"Estoy decepcionado con los dirigentes croatas en general, especialmente con el gobierno. Los croatas están muy decepcionados", dijo Natasa Antoniazzo, una votante, en Zagreb.
Los votantes de este pequeño país de 4,2 millones de habitantes, convertido en 2013 en el 28º y hasta ahora último miembro de la Unión Europea, sancionaron la falta de firmeza de Josipovic frente a la incapacidad de su gobierno para enderezar la economía.
Un 48,2% de los electores de esta exrepública yugoslava habían votado a las 15H30 GMT, esto es, dos horas y media antes del cierre de los colegios electorales. La participación era 12 puntos superior a la de la primera vuelta.
- Un país en recesión desde 2008 -
Grabar Kitarovic prometió tras emitir su voto que encararía "con audacia y determinación todos los problemas que afectan al país".
Tras la primera vuelta, el primer ministro Zoran Milanovic reconoció que los resultados económicos de su gobierno habían sido una "carga" para el presidente saliente y lo volverían a ser "en la segunda vuelta".
Croacia está en recesión casi permanente desde 2008 y la deuda pública representa casi el 80% del PIB.
Se prevé que el PIB vuelva a contraerse en 2014. El nivel de desempleo roza el 20% y uno de cada dos jóvenes está desempleado.
Los conservadores de la Comunidad Democrática Croata (HDZ) quieren aprovechar esta situación y reforzarse de cara a las legislativas previstas a finales de 2015.
Durante la campaña, los dos candidatos se comprometieron a trabajar para la mejora de la situación económica, aunque no es competencia del presidente.
La Constitución otorga al presidente poderes limitados: es el comandante supremo de las fuerzas armadas y gestiona con el gobierno la política exterior.
Josipovic, tercer presidente del país desde su independencia en 1991, fue elegido en 2010 para un primer mandato en el que prometió acabar con la corrupción.
El HDZ perdió las legislativas de 2011 debido a los escándalos de corrupción y a una situación económica que no paraba de deteriorarse.