Gillard, som måtte innkalle til det interne møtet i partiet etter misnøye med hennes lederskap, tapte avstemmingen mot sin forgjenger Kevin Rudd.
Før Gillard ville gå med på å holde avstemmingen, krevde hun at Rudd ikke stiller som kandidat ved valget på ny nasjonalforsamling 14. september, dersom hun tapte ledervalget.
- Les også:
Men Gillards 45 stemmer holdt ikke mot Rudds 57. Dermed må Gillard også trekke seg som statsminister – noe som er ventet å skje torsdag før Rudd tas i ed som ny leder av partiet, skriver nyhetsbyrået AFP.
Ny statsminister
Rudd må trolig ha støtte av flertallet i Representantenes hus for å overta som ny statsminister før valget i september. Der kontrollerer Labor 71 av de 150 setene, mens opposisjonsleder Tony Abbott kontrollerer 72 seter.
Hvis Rudd ikke lykkes, kan Abbot bli bedt om å danne ny regjering. En tredje mulighet er at valget på ny nasjonalforsamling fremskyndes til august, melder Reuters.
Anspent forhold
Det har lenge vært en anspent forhold mellom de to lederskikkelsene i Labor-paritet. I 2010 overtok Gillard etter Rudd i det som beskrives som et bittert partioppgjør.
Også i februar 2012 gikk Gillard seirende ut av lederstriden med tidligere utenriksminister Kevin Rudd. Men Rudd er fortsatt populær blant mange australiere, som mener han er Labors beste om ikke eneste håp foran valget i september.
- Les også:
Meningsmålinger tyder på at Labor vil lide et dundrende nederlag ved valget 14. september, og at de konservative vil overta regjeringsmakten med Abbott som ny statsminister, skriver NTB.
– Giften som sprer seg innad i Labor, truer med å lamme regjeringen. La oss framskynde valget til 3. september og legge landets framtid i folkets hender heller en å overlate den til ansiktsløse politikere, sa opposisjonsleder Tony Abbott.