I takt med att fler av rösterna från huvudstadsregionen Chisinau, som räknas till de sista, registrerades, krympte skillnaden från flera procent till några tiondelar av en procentenhet.
På tröskeln till valet kommenterade Moldaviens president Maia Sandu ledningen för nej-sidan som ett resultat av vilket landets demokrati och frihet “blev utsatt för en attack av aldrig tidigare skådad omfattning”.
Enligt henne har ryska påverkansoperationer pågått i flera månader.
Sandu var den drivande kraften bakom beslutet för Moldavien att ansöka om EU-medlemskap 2022, efter Rysslands invasion av Ukraina. En pro-västlig regering har lett landet sedan 2021. Folkomröstningen var ett sätt för den och Sandu att försöka slå fast att Moldaviens framtid ska sökas i EU. Men förhandlingarna om medlemskap väntas pågå i många år.
Förutom Vita huset har EU-parlamentet och moldaviska myndigheter påpekat att Ryssland har försökt påverka valet och styra bort landet från EU och väst.
Opinionsundersökningar innan Söndagens folkomröstning, och presidentvalet, pekade mot ett ja till EU-vägen.
I presidentvalet får Maia Sandu, som vill bli omvald, mest stöd, runt 42 procent. Men det blir en omgång den 3 november mot den pro-ryska kandidaten Aleksandr Stoianoglo, som ser ut att få runt 26 procent.
Det finns misstankar om bland annat en enorm påverkanskampanj, där hundratusentals människors röster kan ha köpts av proryska grupper. Den här veckan greps även över 100 moldaver som ska ha tränats i Moskva för att skapa oreda kring omröstningen. Ryssland har förnekat inblandning i valet.