"Från och med i morgon kommer jag att vara en avgående premiärminister."
De Croo kommer att sitta kvar tills dess att Belgien lyckats forma en ny regering.
"Jag är övertygad om att vi behöver en ny regering snabbt, med fulla befogenheter", tillade han. "Väljarnas signal är tydlig."
Belgien röstade åt höger under söndagens val. De Croos parti Öppna VLD tappade stöd och lockade 5,7 procent av rösterna, ned 2,8 procentenheter mot föregående val.
Det spekulerades i att separatistförespråkarna Vlaams Belang skulle gå fram rejält, men de lockade endast 21 procent av de flamländska rösterna.
Ny-Flamländska Alliansen, som också är nationalister, men återfinns till mitten-höger blev största parti. Partiet har historiskt förespråkat en fredlig uppdelning av Belgien och att den franska delen av Belgien skall lära sig nederländska.
Även i Vallonien röstade medborgarna åt höger. Det liberala partiet Mouvement Réformateur gick framåt i valet. Dess flamländska motsvarighet är Öppna VLD.