保守党内的亲欧派及疑欧派一直存在严重分裂，但无损于他的领导，而他领导的联合政府採取较过去的保守党政府偏向走更温和的路线。2011年10月24日，一些保守党的后座议员不理会卡梅伦的反对，在逾10万英国人联署要求就英国退出欧盟进行公投。公投案9月送至唐宁街10号首相府后，推动表决。由于法国总统萨科齐之前公然喝令卡梅伦收声，停止干涉欧元区问题，令表决更势成水火。虽然在自由民主党和工党议员投票下，退出欧盟公投案以111票赞成、483票反对而被否决，但赞成票中保守党议员独佔81张，明显是对党和卡梅伦的欧洲立场一次