Rick Santorum endte på 37,9 prosent av stemmene, mens Ron Paul fikk 11,6 prosent og Newt Gingrich 7,5 prosent.
I Arizona fikk Romney 47,3 prosent av stemmene, mens Rick Santorum fikk 26,5 prosent.
Dermed fikk Romney med seg alle Arizonas 29 delegater til republikanernes landsmøte i Florida i slutten av august. Delegatene fra Michigan fordeles annerledes, men Romney ligger an til å få flere delegater enn Santorum.
Vant hos kvinnene
– Vi vant ikke med så mye, men vi vant og det er alt som teller, sa en tydelig lettet Mitt Romney på valgvaken sin i Novi i Michigan.
Valgdagsmålingen til CNN viste at mens Romney hadde et knapt forsprang på Santorum blant de mannlige velgerne, så gjorde han det klart bedre blant kvinnene.
På valgvaken lot da også Romney sin kone Ann få mer plass enn vanlige, og det var hun som takket tilhengene for arbeidet under valgkampen og introduserte ektemannen på valgvaken.
Artikkelen fortsetter under bildet.
Viktig seier i Midtvesten
For Romney var seieren i Michigan viktig fordi den viste at han er i stand til å vinne en av de viktige delstatene i Midtvesten.
I de to tidligere delstatenen i Midtvesten som valgt delegater til landsmøtet, Iowa og Minnesota, har Romney tapt til Santorum.
Delstatene i Midtvesten forventes å bli svært avgjørende ved selve presidentvalget 6. november.
Laber stemning hos Santorum
NRK var til stede på Rick Santorums valgvake i Grand Rapids, Michigan.
Der sank stemningen etter hvert som resultatene fra valgdistriktene i delstaten kom inn og det ble klart at Santorum ikke kom til å vinne.
Lokalet der valgvaken ble holdt var bare halvfullt og flere av tilhengere forlot lokalet før Santorum holdt sin tradisjonelle takketale.
Santorum selv prøvde å fremstille resultatene på en positiv måte.
– For en måned siden visste de ikke hvem vi var, de vet det nå, sa Santorum på valgvaken sin natt til onsdag.
Flere av Santorums nære medarbeidere var imidlertid tydelig skuffet da NRK snakket med dem på valgvaken natt til onsdag.
De ønsket ikke å uttale seg offentlig, men ga uttrykk for at det nå ser mørkt ut for Santorum, både når det gjelder den kommende «supertirsdagen», og det mer overordnende målet om å vinne den republikanske nominasjonen.
Artikkelen fortsetter under grafikken.
«Supertirsdag» neste
Neste delstat i den republikanske nominasjonskampen er Washington, der velgerne lørdag skal peke ut landsmøtedelegatene på partimøter.
Alle blikk retter seg imidlertid mot tirsdag 6. mars, den såkalte «supertirsdagen», der 10 delstater skal utpeke sine landsmøtedelegater.
Selve landsmøtet, der republikanernes presidentkandidat skal velges, går av stabelen i Tampa, Florida den siste uken i august.