
במאי 1999 התמודד ברק בבחירות לראשות הממשלה בראש תנועת ישראל אחת שהורכבה ממפלגת העבודה, ממפלגת גשר, וממפלגת מימד. ברק זכה בבחירות לראשות הממשלה ברוב של 56% מול בנימין נתניהו. ישראל אחת זכתה ב-26 מושבים בכנסת והייתה המפלגה הגדולה ביותר בכנסת ה-15. ב-6 ביולי 1999 הושבעה הממשלה, ה-28 במספר, שהציג ברק בכנסת. בנוסף לתפקיד ראש הממשלה, החזיק ברק גם בתיק הביטחון.
ניצחונו בבחירות היה כרוך ב"פרשת העמותות" - במהלך הבחירות הקימו תומכי ברק עמותות אחדות, חלקן פיקטיביות, ודרכן מימנו את הקמפיין האישי שלו (תוך ניצול מה שהוא כינה, בעקבות אליקים רובינשטיין, "הלקונה בחוק"). מבקר המדינה קנס את מפלגת העבודה בקנסות כבדים בגין עבירות על חוק הבחירות. ברק נחקר באזהרה, אולם בשלב מוקדם הוחלט שלא להעמידו לדין. רבים מאנשיו של ברק שנחשדו בפרשה (בהם בלט יצחק הרצוג, מזכיר הממשלה) שמרו על זכות השתיקה. לבסוף החליטה פרקליטות המדינה שלא להעמיד איש לדין, בשל קושי לגבש כתבי אישום.
מיד לאחר הבחירות הצליח ברק להקים ממשלה רחבה יחסית עם מפלגות רבות: מפלגת המרכז, יהדות התורה, מרצ, ש"ס, ישראל בעליה והמפד"ל. אולם עד מהרה התגלו קשיים ניכרים בקואליציה, ב?5 בספטמבר 1999 פרשה יהדות התורה מהקואליציה וזאת בשל פרשת העברת המשחן (חלק מטורבינה של חברת החשמל) בשבת. בעיה משמעותית יותר החלה במרץ 2000, כאשר הקואליציה התפוררה למעשה, תוך שרבים מחבריה הפורמליים מצביעים בניגוד למשמעת הקואליציונית.
שר התחבורה וסגן ראש הממשלה, יצחק מרדכי הסתבך בתחילת 2000 בפרשה של עבירות מיניות ונאלץ לפרוש בסוף מאי 2000, דבר שהאיץ את התפוררות מפלגת המרכז, אחת מהשותפות הבכירות בקואליציה. בנוסף על כך שורה של סכסוכים חמורים בנוגע לסמכויות המוענקות לסגן שר החינוך מש"ס, משולם נהרי על ידי יוסי שריד הביאו לפרישה של מרצ בסוף יוני, לאחר שברק נטה לטובת ש"ס.
לקראת סוף כהונת ממשלתו, לאחר שפרשה ש"ס מן הקואליציה, ניסה ברק להוביל מהלך שכינה "מהפכה אזרחית", שהוא יישום חלקי של הפרדת הדת מהמדינה [3], אולם לאור התנגדות שותפיו ממפלגת מימד וישראל בעליה ולאחר שראה שאין בידו את הכח הפוליטי להעביר מהלך שכזה, נקברה התוכנית.
במהלך כהונתו הוקמה ועדת טל שבעקבות פעולתה חוקק, בתקופת ממשלתו של אריאל שרון "חוק טל" שעוסק בהסדרת הגיוס והפטור משירות צבאי של בני ישיבות. נושא גיוס בני הישיבות היה מרכזי במסע הבחירות של ברק.
שגשוג ענף ההיי טק בעולם ובישראל ("הבועה") גררו צמיחה כלכלית מהירה בישראל, תוך יציאה מהמיתון שישראל הייתה מצויה בו מאז ספטמבר 1997. גם חגיגות שנת 2000 סייעו לכלכלה תוך שהן גורמות לצליינים רבים להגיע לישראל. שנת 2000 הייתה שנת התיירות הטובה ביותר בהיסטוריה של מדינת ישראל, וביקרו בה כ-2.5 מיליון תיירים.