Tidligere statsminister Ehud Barak vant først runde i partivalget.
Barak fikk 35,7 prosent av stemmene og tok dermed det første steget på veien mot politisk comeback, seks år etter at han ledet partiet til nederlag og Ariel Sharon fra Likud overtok som statsminister.
Tidligere sikkerhetssjef Ami Ayalon fikk 30,7 prosent, mens nåværende partileder og forsvarsminister Amir Peretz måtte nøye seg med 22,3 prosent.
Upopulær forsvarsminister
Resultatet av avstemmingen er at Peretz er kastet som partileder.
Forsvarsministeren har blitt svært upopulær etter en offisiell rapport slo fast at han og statsminister Ehud Olmert gjorde store feil under krigføringen i Libanon i fjor.
Peretz har alt sagt at han trekker seg som forsvarsminister uavhengig av om han fikk fortsette som partileder.
Ny avstemming
Neste måned vil dagens vinner Barak møte den tidligere lederen for sikkerhetstjenesten, Ami Ayalon, i en ny avstemming.
Begge har krevd at statsminister Ehud Olmert trekker seg etter behandlingen av krigføringen i Libanon, men vil foreløpig ikke trekke Arbeiderpartiet ut av regjeringssamarbeidet med Fatima.
Soldat og statsminister
Barak, som er tidligere general og Israels høyest dekorerte soldat, var statsminister i Israel fra 1999 til 2001.
Under perioden hans hadde han mislykkede fredssamtaler med palestinerne og Syria. Han ble slått av Ariel Sharon i valget i 2001 etter at det brøt ut et palestinsk opprør.