ב-2 במאי 2004 החליט הליכוד ברוב גדול לדחות את תוכנית ההתנתקות מרצועת עזה. תנועת שינוי, השותפה הקואליציונית העיקרית של הליכוד בממשלה, דרשה מראש הממשלה להביא את ההצעה להכרעה לאומית, להבדיל מההכרעה הפנים מפלגתית בליכוד. למרות הצהרתו של שרון כי הוא מכבד את תוצאת המשאל, שרון ביצע בפועל שינויים קוסמטיים זעירים בתוכנית, והביא אותה לאישור הממשלה, בטענה שזוהי תוכנית שונה מהתוכנית המקורית. לאחר התייעצויות ומאבקים בתוך הליכוד, הובאה להצבעה (ב־6 ביוני 2004) הצעת פשרה מתוקנת שהחליטה שישראל תצא מרצועת עזה ולמרות זאת קבעה שאין בכך החלטה על פינוי יישובים. באשר לסתירה שבדברים, היו מי שבחרו להתעלם ממנה והיו מי שאמרו שזהו מס שפתיים לימין. על מנת להבטיח את הרוב בממשלה להצעה, פיטר ראש הממשלה שניים משרי הימין (בנימין אלון ואביגדור ליברמן) בצעד שנוי במחלוקת, שאף ספג ביקורת משופטי בג"ץ. החלטה זו הביאה לפרישת האיחוד הלאומי. כמו כן, החל פילוג פנימי במפד"ל: אפי איתם והרב יצחק לוי התפטרו מהממשלה ב-8 ביוני 2004 עקב אישור תוכנית ההתנתקות בממשלה, ומתוך הזדהות עם שרי האיחוד הלאומי אשר פוטרו על ידי ראש הממשלה, אריאל שרון, אך שאר חברי המפלגה - בראשות זבולון אורלב - החליטו להישאר בנימוק שהחלטת הממשלה דורשת הצבעה נפרדת לפני פינוי בפועל של כל יישוב, והמפד"ל תוכל למנוע את תוכנית ההתנתקות מבפנים, ואילו אם תצא - תיכנס מפלגת העבודה. הפילוג הביא מאוחר יותר לפרישת אפי איתם והרב יצחק לוי מהמפד"ל והקמת סיעת ציונות דתית לאומית מתחדשת, שהתאחדה לקראת הבחירות לכנסת ה-17 עם סיעת האיחוד הלאומי.
לאחר עזיבת שני חברי הכנסת מהמפד"ל, וכן פרישת האיחוד הלאומי מהקואליציה, איבד שרון את הרוב בכנסת ונשאר בכיסא ראש הממשלה בזכות תמיכת רוב לא-יציב של 61 חברי כנסת, בעיקר בזכות חברי הכנסת העצמאיים דוד טל (שפרש מעם אחד לאחר התמזגותה עם מפלגת העבודה), מיכאל נודלמן (שהתפצל מישראל ביתנו על רקע תמיכתו בהתנתקות) ויוסף פריצקי (שפרש מ"שינוי" על רקע פרשת חתירתו תחת בכיר אחר בשינוי, אברהם פורז). בשל כך, ובשל פילוג למעשה בסיעת הליכוד בכנסת, נאלץ ראש הממשלה לחפש אפשרויות אחרות להרכבת קואליציה.
הפיצול הפנימי בליכוד.
ב-26 באוקטובר 2004 אושרה תוכנית ההתנתקות המתוקנת בהצבעה דרמטית בכנסת, ברוב של 67 כנגד 45 ו-7 נמנעים, כאשר הליכוד היה מפוצל בהצבעתו. רובו ככולו של השמאל הצביע בעד התוכנית, ואילו מרבית הסיעות הערביות נמנעו. בהחלטה שאושרה לא אושר פינוי בפועל של התנחלויות אלא רק הכנת המסגרת ליישום תוכנית ההתנתקות (חקיקת חוקי הפיצויים, הסדרתה החוקית של מנהלת סל"ע). בעקבות ההצבעה העמידו המפד"ל, בנימין נתניהו ולימור לבנת אולטימטום לגבי החלטה על משאל עם. המפד"ל אכן פרשה בתחילת נובמבר, אולם נתניהו תמרן בין שני המחנות: הוא התבטא נגד התוכנית, אך בכנסת הצביע בעד התוכנית בהתאם להחלטת הממשלה - אם כי בקריאה שנייה ושלישית, הצביע נגד התוכנית - זאת, על-מנת להישאר בתפקיד שר האוצר ולסיים לבצע את הרפורמות הכלכליות שרצה להעביר. נתניהו ולימור לבנת ניצלו את הידרדרות מצבו הבריאותי של יאסר ערפאת והודיעו כי בנסיבות שהשתנו הם אינם פורשים מהממשלה.
סיעת הליכוד בכנסת התפצלה באופן בלתי רשמי לשני חלקים שווים פחות או יותר - תומכי התוכנית והמתנגדים לה (אשר כונו בתקשורת "מורדי הליכוד"). לא זו בלבד ש"המורדים" ניסו לסכל את תוכנית ההתנתקות או לפחות להביאה למשאל עם, הם אף ניסו לסכל תוכניות אחרות של הממשלה (ובהן תקציב המדינה) וכך הפכו למעשה לאופוזיציה בתוך הקואליציה. השר עוזי לנדאו וסגן השר מיכאל רצון שהצביעו נגד קיבלו מכתבי פיטורין מיד לאחר ההצבעה.
חוק יישום תוכנית ההתנתקות (הידוע בכינוי חוק "פינוי-פיצוי"), שהוא החוק המסדיר את הפיצויים למפונים, אושר בכנסת ב-16 בפברואר 2005.
הרכבה השני של הממשלה.
כיוון שהרוב שתמך בו הלך ונעשה יציב פחות ופחות בשל התנגדות "מורדי הליכוד" ופרישת המפד"ל מהקואליציה, החליט ראש הממשלה שרון לנסות ולהרחיב את הקואליציה שלו ולזכות בתמיכה, ולו זמנית, של מפלגות אחרות, בעיקר לצורך העברת תקציב המדינה (אשר אי-אישורו עד 31 במרץ גוררת את התפזרות הכנסת). לצורך כך הוא צירף לקואליציה נציגים מסיעות אגודת ישראל ודגל התורה והחל במגעים עם מפלגת העבודה, סיעת האופוזיציה הגדולה ביותר; כמו כן, ניסה לחזר אחר שאר המפלגות - ש"ס, מרצ והמפלגות הערביות. החיזורים אחר ש"ס עורר את חמתה של מפלגת שינוי, השותפה הבכירה בקואליציה, אשר פרשה מהקואליציה ב-2 בדצמבר 2004 לאור אי-הסכמתה להעברת כמה מאות מיליוני שקלים למוסדות דתיים ותורניים לבקשתן של ש"ס, אגו"י ודגל התורה.
לכאורה נראה היה כי ראש הממשלה נותר בלא קואליציה וסופו ליפול, אך לא כך היה. מימין לא יכלו להפילו, משום שסיעת הליכוד, אף-על-פי שחלקה לא ראה בעין יפה את תוכניותיו, עדיין הצביעה בשלב זה כאיש אחד נגד הצעות אי-אמון בו (אם כי הגרעין הקשה של ה"מורדים" הצביע נגד תקציב המדינה לשנת 2005), ומשמאל לא יכלו להפילו, משום שמפלגת העבודה, המפלגה השנייה בגודלה, תמכה בהתנתקות וגם קיוותה להיכנס לממשלתו ולכן לא הייתה מעוניינת בהפלתו ואולי אף בבחירות חדשות. בתקופה זו נהנתה הממשלה גם מ"רשת ביטחון", תמיכה אד הוק של סיעות השמאל והמפלגות הערביות שסייעו למניעת הפלתה. זמן לא רב לאחר פרישתה של מפלגת שינוי נכנסה מפלגת העבודה, בראשות שמעון פרס, לקואליציה עם שרון (ב-10 בינואר 2005). דבר זה איפשר את אישורו של תקציב המדינה, ב-29 במרץ ואת המשך כהונתה של הכנסת.
במסגרת כהונת הרכב זה בוצעה תוכנית ההתנתקות.
הרכבה השלישי של הממשלה.
לאחר ביצוע תוכנית ההתנתקות, עלתה במפלגת העבודה שאלת ההישארות בממשלה בשיא חריפותה. חלק גדול מחברי סיעת המפלגה בכנסת צידד ביציאה מהקואליציה בתואנה כי מפלגת העבודה נכנסה לתוכה רק על-מנת לאפשר לשרון לבצע את תוכנית ההתנתקות ותו לא. מאידך גיסא, חברים אחרים, ובעיקר שמעון פרס, טענו כי אין צורך לפרק את ממשלת האחדות.
במקביל לכך, הגיע תאריך בחירתו של יושב-ראש המפלגה. על התפקיד התמודדו שמעון פרס, עמיר פרץ, ובנימין בן אליעזר. בנובמבר 2005 נערכו הבחירות, בהן ניצח יו"ר ההסתדרות לשעבר, עמיר פרץ, את שמעון פרס. פרץ, אשר היה בין המצדדים ביציאה מיידית מהקואליציה ובין המתנגדים החריפים ביותר למדיניות הכלכלית הליברלית של הממשלה, שהותוותה בידי בנימין נתניהו, העביר במרכז מפלגת העבודה החלטה על יציאת המפלגה מהקואליציה וב-21 בנובמבר 2005 מסר לראש-הממשלה אריאל שרון את מכתבי ההתפטרות של שרי מפלגת העבודה.
לאחר שהכנסת לא אישרה את מינויים של רוני בר-און וזאב בוים לשרים ב-7 בנובמבר 2005, ולאחר שאיבד סופית את הרוב בכנסת, החליט שרון לפרוש מהליכוד עם כתריסר תומכים, ולהקים את סיעת "קדימה". בנוסף לכך, אריאל שרון פנה לנשיא המדינה, משה קצב, בבקשה להוציא צו לפיזור הכנסת, וזאת משום ש"קיים בכנסת רוב המתנגד לממשלה". במקביל לכך, עברו באותו יום ברוב מוחץ (80 תומכים באפס מתנגדים כמעט) חמש הצעות לפיזור הכנסת, אשר קבעו את מועד הבחירות ל-28 במרץ 2006 (בניגוד לתאריך שהיה נקבע לו פוזרה הכנסת בצו הנשיא - ה-8 במרץ). על-מנת לפתור את אי-הבהירות החוקתית שהתגלתה, התקיימה ב-23 בנובמבר 2005 בבית הנשיא ישיבה בנוכחות יושב ראש הכנסת, ראובן ריבלין ונציגי הממשלה, בה הוחלט לבסוף כי מצד אחד, הכנסת אכן תתפזר כרצונה והבחירות תתקיימנה ב-28 במרץ אך ההליך יבוצע תחת הצו הנשיאותי לפיזורה של הכנסת. עתה לא היה מנוס מהליכה לבחירות, שכן הקמת ממשלה חלופית תוך 21 יום (אפשרות שנולדה כפועל יוצא מהצו הנשיאותי, בהתאם ל) לא נראתה מציאותית. מערכת הבחירות נפתחה באופן בלתי רשמי.
לקראת תום כהונת הכנסת מונו שרים וסגני שרים שתמכו בתוכנית ההתנתקות להרכב ממשלה שכיהנה כממשלת מעבר עד לכינון הממשלה השלושים ואחת. בינואר 2006 התפטרו מהכנסת חברי כנסת שהצטרפו לקדימה, זאת בשל רצונם להתמנות לחברי כנסת מטעם קדימה לאחר הבחירות, מה שהיה נמנע מהם אילו היו ממשיכים לכהן כחברי הכנסת עד לתום כהונתה. הדבר הוביל לגל התפטרויות מרשימת העבודה-מימד, כשהאחרונה להיכנס לכנסת הייתה מספר 32 ברשימה, נטע דוברין - 13 מקומות ברשימה לאחר המקום ה-19, האחרון שנבחר לאותה הכנסת מטעם העבודה-מימד.
ב-18 בדצמבר 2005 לקה שרון באירוע מוחי קל. בעקבות זאת היה אמור לעבור צנתור לב ונטל תרופות מדללות דם. ערב הצנתור, ב-4 בינואר 2006, עבר אירוע מוחי שני, הפעם חמור, בשל דימום מוחי שחייב, עקב נבצרותו, את העברת סמכויותיו כראש הממשלה לממלא מקומו, אהוד אולמרט. לאחר טיפול החירום שניתן לשרון, הוא שקע בתרדמת, ונמשך אשפוזו בבית החולים הדסה עין כרם. לאחר 100 ימים הפך אולמרט לראש הממשלה בפועל.
ב-14 בינואר התפטרו שרי הליכוד מהממשלה.
חילופי גברי.
אירועים נוספים.
בוועדת החוקה, חוק ומשפט נערכו דיונים רבים על כינונה של חוקה בהסכמה.בתקופת כהונת הכנסת מינה יו"ר הכנסת, ראובן ריבלין, ועדת בחירה המיוחדת לבחירת הגוף המשדר הזמני של ערוץ הכנסת החדש. הוועדה בחרה בהצעתה של חברת החדשות של ערוץ 2 להפעלת ערוץ הכנסת. עם פתיחת מושב החורף בשנת 2004 החל ערוץ הכנסת לשדר 24 שעות ביממה.
מורשת ותדמית ציבורית.
הכנסת השש עשרה הייתה הכנסת בעלת התדמית הירודה ביותר מאז כינונה של הכנסת הראשונה, וזאת עקב חקירות המשטרה הרבות שהתנהלו נגד חברי הכנסת והתיקים הפליליים שנפתחו להם.