Antes da votação, realizada por meio de painel eletrônico, os senadores que se inscreveram tiveram a oportunidade de defender seus votos por até 15 minutos cada. Por isso, a sessão que teve início às 10h dessa quarta-feira, só se encerrou às 6h40min desta quinta, após o pronunciamento do Advogado Geral da União, José Eduardo Cardozo e da votação. Diferentemente da Câmara, no plenário do Senado não houve orientação das lideranças anteriormente à votação.
Levando-se em consideração o tamanho das bancadas e também os posicionamentos já previstos, o PMDB registrou o maior número de votos favoráveis ao impeachment, enquanto o PT foi o campeão de votos contrários ao processo na Casa.
O maior número de votos a favor do impeachment foi registrado nas regiões Nordeste e Centro-Oeste. Já contra sua admissibilidade, a região Nordeste também foi a que registrou a maioria dos votos. Já a menor quantidade de votos pelo impedimento foi somada no estado de Amazonas, Bahia, Paraíba, Pernambuco, Piauí, Rio de Janeiro e Santa Catarina com um voto cada um.
Votos dos senadores
Acir Gurgacz (PDT-RO) - Sim
Aécio Neves (PSDB-MG) - Sim
Aloysio Nunes Ferreira (PSDB-SP) - Sim
Alvaro Dias (PV-PR) - Sim
Ana Amélia (PP- RS) - Sim
Angela Portela (PT-RR) - Não
Antonio Anastasia (PSDB-MG) - Sim
Antônio Carlos Valadares (PSB-SE) - Sim
Armando Monteiro (PTB-PE) - Não
Ataídes Oliveira (PSDB-TO) - Sim
Benedito de Lira (PP-AL) - Sim
Blairo Maggi (PR-MT) - Sim
Cássio Cunha Lima (PSDB-PB) - Sim
Ciro Nogueira (PP-PI) - Sim
Cristovam Buarque (PPS-DF) - Sim
Dalírio Beber (PSDB-SC) - Sim
Dário Berger (PMDB-SC) - Sim
Davi Alcolumbre (DEM-AP) - Sim
Donizeti Nogueira (PT-TO) - Não
Edison Lobão (PMDB-MA) - Sim
Eduardo Amorim (PSC-SE) - Sim
Eduardo Braga (PMDB-AM) - ausente
Elmano Férrer (PTB-PI) - Não
Eunício Oliveira (PMDB-CE) - Sim
Fátima Bezerra (PT-RN) - Não
Fernando Bezerra Coelho (PSB-PE) - Sim
Fernando Collor (PTC-AL) - Sim
Flexa Ribeiro (PSDB-PA) - Sim
Garibaldi Alves Filho (PMDB-RN) - Sim
Gladson Cameli (PP-AC) - Sim
Gleisi Hoffmann (PT-PR) - Não
Helio Jose (PMDB-DF) - Sim
Humberto Costa (PT-PE) - Não
Ivo Cassol (PP-RO) - Sim
Jader Barbalho (PMDB-PA) - ausente
João Alberto Souza (PMDB-MA) - Não
João Capiberibe (PSB-AP) - Não
Jorge Viana (PT-AC) - Não
José Agripino (DEM-RN) - Sim
José Maranhão (PMDB-PB) - Sim
Jose Medeiros (PSD-MT) - Sim
José Pimentel (PT-CE) - Não
José Serra (PSDB-SP) - Sim
Lasier Martins (PDT-RS) - Sim
Lídice da Mata (PSB-BA) - Não
Lindbergh Farias (PT-RJ) - Não
Lúcia Vânia (PSB-GO) - Sim
Magno Malta (PR-ES) - Sim
Marcelo Crivella (PRB-RJ) - Sim
Maria do Carmo Alves (DEM-SE) - Sim
Marta Suplicy (PMDB-SP) - Sim
Omar Aziz (PSD-AM) - Sim
Otto Alencar (PSD-BA) - Não
Paulo Bauer (PSDB-SC) - Sim
Paulo Paim (PT-RS) - Não
Paulo Rocha (PT-PA) - Não
Pedro Chaves (suplente de Delcídio Amaral cassado pelo Senado) (PSC-MS) - não assumiu
Raimundo Lira (PMDB-PB) - Sim
Randolfe Rodrigues (REDE-AP) - Não
Regina Sousa (PT-PI) - Não
Reguffe (sem partido-DF) - Sim
Renan Calheiros (PMDB-AL) - abstenção
Ricardo Ferraço (PSDB-ES) - Sim
Roberto Requião (PMDB-PR) - Não
Roberto Rocha (PSB-MA) - Sim
Romário (PSB-RJ) - Sim
Romero Jucá (PMDB-RR) - Sim
Ronaldo Caiado (DEM-GO) - Sim
Rose de Freitas (PMDB-ES) - Sim
Sérgio Petecão (PSD-AC) - Sim
Simone Tebet (PMDB-MS) - Sim
Tasso Jereissati (PSDB-CE) - Sim
Telmário Mota (PDT-RR) - Não
Valdir Raupp (PMDB-RO) - Sim
Vanessa Grazziotin (PC do B-AM) - Não
Vicentinho Alves (PR-TO) - Sim
Waldemir Moka (PMDB-MS) - Sim
Walter Pinheiro (sem partido-BA) - Não
Wellington Fagundes (PR-MT) - Sim
Wilder Morais (PP-GO) - Sim
Zezé Perrella (PTB MG) - Sim