Demokratane trengde 60 røyster for å vinne fram, men avrøystingsresultatet vart 52 for og 47 mot å gå vidare med saka.
Avrøystinga kom etter ein maratondebatt som hadde halde på heile natta.
Også fleire senatorar frå Det republikanske partiet uttrykte uro over at president George W. Bush ikkje vil endre Irak-strategien før tidlegast i september i år.
Representanthuset i Kongressen har alt gjort eit liknande vedtak, men president George W. Bush har sagt at han vil leggje ned veto mot alle vedtak som krev ein dato for tilbaketrekking av dei amerikanske soldatane frå Irak.
Demokratane la fram eit lovforslag som ville tvinge fram ein start på tilbaketrekkinga frå Irak i løpet av 120 dagar, og som ville fått alle dei amerikanske soldatane ut av landet innan utgangen av april neste år.
