181 ledamöter röstade för att Stefan Löfven skulle fällas. 109 röstade nej och 51 avstod. Det är första gången en svensk statsminister i historien fällts i en misstroendeomröstning.
En majoritet, minst 175 ledamöter, måste rösta för en misstroendeförklaring för att den ska gå igenom.
Stefan Löfven har nu två val: att utlysa extraval eller be talmannen utse en ny statsministerkandidat.
Löfven har sju dagars betänketid på sig innan han behöver ge ett besked till talmannen.