"Från och med nu slutar jag med politiken och lämnar partiet", meddelar han på partiet Enad nations hemsida.
Prayut Chan-o-cha har ett långt förflutet inom thailändsk politik. 2014 tog den dåvarande arméchefen makten i en kupp, innan han befäste sin kontroll över landet och ledde en civil regering efter ett omtvistat val 2019.
Beskedet om att Prayut Chan-o-cha lämnar politiken kommer bara dagar före ett avgörande val då den nya premiärministern ska utses av Thailands parlament och senat.
I det thailändska valet i maj led Prayut Chan-o-chas parti ett svidande nederlag.
För de två största oppositionspartierna blev valet dock en framgång.
Vem som ska styra landet återstår dock att se. Även om oppositionspartierna går starkt i valet av premiärminister kan de stöta på patrull eftersom de 250 senatsledamöterna har utsetts av militärjuntan.