Som väntat röstade en riksdagsmajoritet mot Löfven som statsminister. Röstsiffrorna blev 142 för Löfven och 204 mot. Tre ledamöter var frånvarande.
Hade Löfven fått färre än 175 röster emot sig hade han klarat sig. Men Alliansen och Sverigedemokraterna (SD) hade tillsammans 204 röster.
– För Alliansen är det uppenbart att Sverige behöver en ny färdriktning och därmed en ny regering, sade Moderaternas partiledare Ulf Kristersson inför omröstningen.
Från rödgrönt håll varnar man för det kaos som nu kan uppstå när en ny regering ska bildas.
Vänsterpartiets gruppledare Mia Sydow Mölleby kallade Alliansens agerande för ”djupt oansvarigt” medan V-ledaren Jonas Sjöstedt talade om ”ett recept för kaos”.
Statsminister Stefan Löfven höll efter omröstningen en presskonferens, där han varnade de borgerliga för att försöka bilda en regering, trots att de utgör minsta block.
I riksdagen har Alliansen 143 mandat, de rödgröna 144 mandat och SD 62 mandat.
Löfven påminde om Alliansens löfte om att aldrig regera med stöd av Sverigedemokraterna och uppgav att många människor är väldigt oroade över att SD ska få makt över Sveriges regering.
– Väljer de borgerliga partierna att försöka regera som minsta block då gör de sig totalt beroende av SD, säger han.
Löfven betonar att en sådan borgerlig regering kommer att behöva SD:s aktiva stöd i alla omröstningar där S, MP och V har en gemensam hållning.
– Jag ser det som helt osannolikt att SD skulle inneha den maktpositionen i fyra år utan att kräva något tillbaka, säger han.
SD-ledaren Jimmie Åkesson varnade de övriga partierna i sitt anförande inför statsministeromröstningen.
– Vi kommer att göra vårt yttersta för att stoppa varje regering, fälla varje regering som inte ger oss rimligt inflytande i proportion till vårt väljarstöd, sade han.
Åkesson uppgav samtidigt att SD är berett att förhandla och kompromissa med alla i riksdagen för att Sverige ska få ett stabilt styre.
Efter omröstningen i kammaren samlades Alliansledarna utanför för att prata med media.
– Vi tog ett viktigt steg och ett nödvändigt steg för den process som nu börjar. Vi gjorde exakt det vi sade att vi skulle göra, säger Moderatledaren Ulf Kristersson.
Centerledaren Annie Lööf uppger att Alliansen ska söka ”samarbete och samförstånd” med S.
– Nu är det upp till bevis. Alliansen dörr står öppen till sådana samtal, säger hon.
Löfven stannar nu kvar på sin post för att leda en övergångsregering i väntan på att en ny regering kan tillträda. Någon avskedsansökan behövde inte lämnas in till talmannen. Det skedde automatiskt.
En övergångsregering förväntas inte ta några politiska initiativ, utan bara sköta löpande ärenden.
Talmannen Andreas Norlén (M) kommer på torsdag att inleda sonderingar för att bilda en ny regering. Han kommer då att kalla till sig alla partiers företrädare för enskilda samtal. Därefter kommer talmannen att utse en av dem att undersöka möjligheterna för att bilda en ny regering.
När det är klart kommer talmannen att föreslå en statsministerkandidat till riksdagen för godkännande. Det är en process som åtminstone väntas ta ett par veckor.
Talmannen har fyra försök på sig att föreslå en statsminister. Röstas alla ned av riksdagen ska extraval utlysas.