מצע הבחירות של מפלגת העבודה בראשות עמיר פרץ היה בעיקרו חברתי, אבל פרץ קיבל בסופו של דבר את משרד הביטחון ולא את משרד האוצר, שבמסגרתו יכול היה ליישם מדיניות כלכלית. על כך נמתחה עליו ביקורת (מתנגדיו טענו שפרץ חסר את הכישורים הדרושים בשביל להיות שר ביטחון). מנגד הסכים לקבל תיק זה, רק אם מפלגתו תקבל את תיק החינוך, אשר לפי דבריו, הוא אחד מהתיקים החברתיים החשובים ביותר.
על אף שהוא נחשב כיונה לעתים פרץ גיבה את הצמרת הביטחונית, כמו קודמיו, ולעתים סירב להמלצותיהם ונקט גישה פחות תוקפנית. בנוסף המשיך במדיניות הסיכולים הממוקדים, הנהיג מספר פשיטות ליישובים פלסטיניים ברצועת עזה והגביר את ההפגזות על רצועת עזה, שפגעו בין השאר גם באוכלוסייה אזרחית, לאחר התגברות ירי הפלסטינים על שטחי ישראל ובין השאר על יישובי עוטף עזה, ובהם שדרות. מנגד, הגדיל את מכסת הפועלים הפלסטינים שכניסתם תותר, ותמך בהגברת הסיוע ההומניטרי המוענק לפלסטינים.
שלושה מועמדים טריים שהשתתפו במערכת הבחירות של מפלגת העבודה, עמי אילון, אבישי ברוורמן ושלי יחימוביץ', לא מונו על ידי עמיר פרץ לשרים. יחימוביץ' ביקשה לא להתמנות כשרה ולהתמקד בעבודה פרלמנטרית, אך ברוורמן ואילון הקימו קבוצה של מורדים בשר עמיר פרץ, שכונתה "הבונים", ובה נמצא גם דני יתום, השר לשעבר, מתן וילנאי וראש הממשלה לשעבר (שאינו ח"כ), אהוד ברק.
בסוף יוני 2006 נחטף החייל הישראלי גלעד שליט על ידי חמאס ובתגובה פתחה ישראל במבצע גשמי קיץ ברצועת עזה. ב-12 ביולי 2006 נחטפו 2 חיילים על ידי חזבאללה ובתגובה פתחה ישראל במלחמת לבנון השנייה, במהלכה חזבאללה הפגיז את ישראל בכ-4000 רקטות קרקע-קרקע. בשני המקרים אשר כללו חטיפת חיילים, נקט פרץ, יחד עם ראש הממשלה דאז, אהוד אולמרט, ובשיתוף עם הרמטכ"ל דאז, דני חלוץ, בקו מלחמתי ברור נגד חמאס וחזבאללה, הן במטרה להחזיר את החיילים החטופים והן לפגיעה בארגונים אלו. פרץ שלל תוכניות להפצצת תחנות כוח ומטרות תשתית בלבנון והורה להתמקד בהפצצת יעדי חזבאללה.
באוגוסט 2006, בעקבות מלחמת לבנון השנייה, הקים פרץ ועדת בדיקה למלחמה בראשות הרמטכ"ל לשעבר, אמנון ליפקין-שחק. החברים בה היו יו"ר "טבע" אלי הורוביץ, והאלופים (במילואים) הרצל בודינגר ואילן בירן. בטרם הספיקה הוועדה לפעול, הודיע בודינגר על פרישתו ממנה מ"סיבות אישיות". זמן קצר לאחר מכן פורקה ועדת שחק, והוקמה ועדת וינוגרד.
בעדותו בפני ועדת וינוגרד, ציין חלוץ כי פרץ הוא שהורה על הפצצת מאגרי רקטות פג'ר של חזבאללה בלילה הראשון ללחימה. זאת בניגוד להמלצת צה"ל לבצע פעולה זו בשלב מאוחר יותר של הלחימה, לאור שיעור הנפגעים האזרחיים הצפוי בה. שיעור הנפגעים בפועל היה נמוך מכפי שחזה צה"ל ולא הביא לעצירת המהלכים הצבאיים הישראליים.[5] ראש הממשלה אולמרט ציין בעדותו כי "אף אחד מהכשלים המהותיים שנתגלו -ונתגלו, הוא תוצאה של תפקוד כזה או אחר של שר הביטחון.
ועדת וינוגרד קבעה לגבי פרץ :"פרץ כשל בכך שלא ביקש דיון אסטרטגי של ממש, לפני היציאה למלחמה. כשל מרכזי היה שלא נתן תשומת לב מיוחדת להשלמת חוסר התמצאותו הברורה בנושאי משרדו, ולא נקט בצעדים שנועדו לפצותו על כך" הוועדה קבעה כי "כשל כזה של ציר כה מרכזי, ללא ספק החליש את יכולתה של המערכת בכללותה, לתפקד בצורה שקולה, אחראית ומקצועית" אך גם כתבה כי פרץ "גילה לעתים תובנות שאנשים מנוסים ממנו לא גילו, והייתה לו תרומה משמעותית לדיונים ולהחלטות בנושא מטרות התקיפה, אלא שתובנותיו לא תורגמו בדרך כלל לסימני שאלה מהותיים באשר לאופן הפעולה וליעדיה".
לאחר מלחמת לבנון השנייה, גברה הביקורת מימין ומשמאל על תפקוד הממשלה והצבא, ובהם על פרץ. חלק מהביקורת נסובה על כך שקיבל על עצמו את תיק הביטחון שהוצע לו ולא התעקש על תיק האוצר או התפשר על תיק חברתי. פרץ לא שעה לקריאות לעזוב את תפקידו, אליהן התייחס גם בעדותו בפני ועדת וינוגרד. עם זאת, ב-28 במרץ 2007, במלאת שנה לבחירות ובכנס פתיחת הקמפיין שלו לראשות מפלגת העבודה, הודיע פרץ כי במידה שינצח בפריימריס ידרוש מאהוד אולמרט לפתוח את ההסכם הקואליציוני, לשם ויתור על תיק הביטחון בתמורה לתיק האוצר, שהתפנה בעקבות הפרשיות הנוגעות לשר האוצר לשעבר, אברהם הירשזון. פרץ זכה במקום השלישי בבחירות לראשות מפלגת העבודה, בהן נבחר אהוד ברק לאחר שגבר על עמי אילון בסיבוב השני.
ב-15 ביוני 2007, לאחר בחירתו של אהוד ברק לתפקיד יו"ר המפלגה, הודיע עמיר פרץ על התפטרותו מתפקיד סגן ראש הממשלה ושר הביטחון. הוא דחה את הצעתו של אולמרט לשמש שר בלי תיק בממשלתו וב-18 ביוני 2007 פינה את מקומו לברק.