Resultatet gick på tvärs mot vallokalsundersökningar som främst antydde större framgångar för vänsterpartiet Podemos.

Bedömare som Bloomberg News talat med tror att fredagens oro i spåren på resultatet av den brittiska folkomröstningen och EU-medlemskapet gynnade regeringspartiet.

"Brexit har utan tvekan varit en svart svan i detta val. Sedan i torsdags har vi sett en mobilisering bland pro-etablissemangväljare", sade Ivan Redondo, politisk konsult som var rådgivare i Mariano Rajoys valkampanj 2008, till Bloomberg News.

Partido Popular vann 137 platser, av totalt 350, i parlamentet, upp från 123 i december. Socialistpartiet backade samtidigt från 90 till 85 platser. Podemos får 71 platser, oförändrat från i december, men väsentligt lägre än de 93 som antyddes i en vallokalsundersökning från Sigma Dos.

Mariano Rajoy sade att han på måndagen kommer att inleda samtal med andra partier för att försöka bilda en majoritetsregering. Den mest naturliga koalitionspartner, Ciudadanos, får dock endast 32 platser i det nya parlamentet, åtta färre än i december, vilket innebär att det skulle saknas sju platser för majoritet.