בתחום עבודת הממשלה, הוכנו תוכניות עבודה ממשלתיות לכל משרדי הממשלה, חוזקו היחסים בין הממשלה, החברה האזרחית והמגזר העסקי, באמצעות מערך של "שולחנות עגולים" כפלטפורמה קבועה לניהול שיח בין-מגזרי, קידום פטור ממכרז לחברות ממשלתיות, שינוי באופן קבלת החלטות הממשלה, כך שיוגדרו בהן תפוקות ותוצאות, הובלת נושא המשילות בתהליך הצטרפות ישראל לארגון ה-OECD, מיסוד מערכת היחסים בין הממשלה לשלטון המקומי בפורום ה-15 וקיום אירועי שנת השישים למדינת ישראל.
בנושא המיעוטים, הוקמה הרשות לפיתוח כלכלי למגזר המיעוטים, הרשות להסדרת התיישבות הבדואים בנגב ונוסדה ועידת ראש הממשלה למגזר הערבי.
מלחמת לבנון השנייה ומבצע גשמי קיץ.
תחילת כהונתה של ממשלת אולמרט אופיינה בשני משברים ביטחוניים: ב-25 ביוני 2006 נחטף חייל ישראלי, גלעד שליט, על ידי החמאס ובתגובה פתחה ישראל במבצע גשמי קיץ ברצועת עזה, שנמשך עד ה-28 בנובמבר. ב-12 ביולי 2006 נחטפו שני חיילים, אהוד (אודי) גולדווסר ואלדד רגב, על ידי החזבאללה. ובתגובה פתחה ישראל במבצע "שינוי כיוון", שהתפתח למלחמת לבנון השנייה.
בשני המבצעים נקט אולמרט, בשיתוף עם שר הביטחון עמיר פרץ והרמטכ"ל דן חלוץ, בקו התקפי מוגבל כנגד החמאס וחזבאללה. בשני המקרים ביצע צה"ל חדירות קצרות-מועד כמה קילומטרים לשטח האויב אך לא ניסה להתקדם מעבר לכך. חדירות אלה הצטרפו לתקיפות אוויריות, כשהמטרה הייתה הפעלת לחץ על ארגוני המחבלים ועל האוכלוסייה הערבית שיוביל לשחרור החטופים. יעד זה לא הושג. מלחמת לבנון השנייה הסתיימה בהפסקת אש לאחר שחזבאללה שיגר אלפי רקטות לעבר צפון ישראל תוך שהוא מביא למותם של כ-160 חיילים ואזרחים ישראלים, ומנגד נהרגו כ-1,000 אזרחי לבנון ומחבלי חזבאללה.
כבר מתחילת מלחמת לבנון הדגיש אולמרט שאחת ממטרותיו היא להשיב את כושר ההרתעה של ישראל, ולשבור את המיתוס סביב הצלחת חזבאללה בשנת 2000. בנאומו בכנסת ב-17 ביולי, הציג אולמרט את יעדיו במסגרת מבצע "שינוי כיוון": שחרור שני החיילים החטופים, אלדד רגב ואהוד גולדווסר, באמצעות לחץ על חזבאללה ועל לבנון; הפסקת אש מוחלטת; פריסת צבא לבנון בכל שטח דרום לבנון והוצאת חזבאללה משטח זה; והסרה מוחלטת של איום הטילים והרקטות מעל תושבי ישראל.
אולמרט גם הדגיש באותו נאום שהממשלה תסייע, באופן מיידי, לתושבי הצפון הנמצאים בטווח הטילים. מאוחר יותר שינה אולמרט במעט את היעדים. במקום היעד של הוצאת חזבאללה מאזור דרום לבנון, הוצב יעד מצומצם ומציאותי יותר – הרחקתו מקו הגבול עם ישראל, הריסת מוצביו בקו הגבול, פגיעה בתשתית הצבאית ובמצבת כוח האדם שלו, ואם ניתן גם בהנהגה שלו. בעקבות יוזמות של שרת החוץ ציפי לבני, הסכים אולמרט מאוחר יותר, שישראל תשאף לכך שמלבד פריסה של צבא לבנון, יתפרס גם כוח רב-לאומי על הגבול עם ישראל, וימנע מחזבאללה לתקוף את ישראל.
ביולי 2008 הוחזרו לישראל גופותיהם של החיילים אלדד רגב ואהוד גולדווסר, בעסקה שבה הוחזרו ללבנון הרוצח סמיר קונטאר, 4 אסירים לבנוניים נוספים וכ-199 גופות של מחבלי חזבאללה.
השלכות פוליטיות של המלחמה.
בעקבות המלחמה בלבנון חלה ירידה חדה באהדת הציבור לאולמרט ורבו הקריאות להתפטרותו. מאהלי מחאה של התנועה למען איכות השלטון בישראל ושל חיילי מילואים התמקמו בירושלים, בקריאה למנות ועדת חקירה ממלכתית, ונערכה הפגנה בכיכר רבין בהשתתפות כ-35 אלף איש. אולמרט החליט לבסוף להקים שתי ועדות חקירה שיפעלו במקביל: האחת, בראשות ראש "המוסד" לשעבר נחום אדמוני, לבדיקת תפקוד הדרג המדיני, ושנייה לבדיקת הצבא, בראשות אמנון ליפקין-שחק. על מבקר המדינה הוטל לבדוק את הטיפול בעורף, אך הוא הודיע שירחיב את תחום החקירה שלו בהתאם לשיקול דעתו. אולמרט לא הסכים לדרישה לוועדת חקירה ממלכתית באמרו שהוא לא ישתק את צה"ל לכמה חודשים כדי לרצות גורם זה או אחר, ואמר כי "היו כישלונות, אסור לטייח, אסור להעלים עין".
במפתיע הצטרפו לתומכים בהקמת ועדת החקירה הממלכתית, גם השרים עמיר פרץ ושאול מופז. אולמרט המשיך להתנגד להקמת ועדת החקירה הממלכתית, אך נאלץ לשנות את הרכב הוועדה בראשות נחום אדמוני, לאחר שהיועץ המשפטי לממשלה, מני מזוז, פסל שניים מחבריה, בשל חשד לניגוד אינטרסים. לבסוף החליט אולמרט להוסיף לוועדה את השופט לשעבר אליהו וינוגרד, ולהעמידו בראשה. בטרם אישרה הממשלה את הקמת הוועדה ואת הרכבה, החליט נחום אדמוני שלא לקחת חלק בוועדת החקירה.
ב-30 באפריל 2007 התפרסם הדוח החלקי של ועדת וינוגרד, התוקף את אולמרט קשות. בימים שלאחר מכן היו הפגנות שקראו לו להתפטר מתפקידו, לאחר מכן התפטר השר איתן כבל. גם שרת החוץ ציפי לבני קראה לו בפומבי להתפטר, ואולם אולמרט נשאר בתפקידו למרות המחאות. בפועל, לדו"ח הביניים לא הייתה השפעה על יציבותה של הממשלה, והיא אף התחזקה לאחר החלפתו של יו"ר מפלגת העבודה עמיר פרץ באהוד ברק, שהצטרף לממשלה כשר הביטחון.
ב-30 בינואר 2008 הוגש הדו"ח הסופי של הוועדה. הוועדה מצאה כשלים וליקויים רבים בהתנהלות הדרג המדיני והדרג הצבאי, אך נמנעה מלהטיל אחריות אישית על אדם מסוים. היא קבעה כי מלחמת לבנון השנייה הייתה החמצה גדולה וחמורה, לאור העדיפות הגדולה של צה"ל על חזבאללה, שאחראי לה הדרג הצבאי. עוד נאמר כי הדרג המדיני פעל בפזיזות, לא בחן את החלופות השונות ולא פעל נכון עם הדרג הצבאי.
באשר למהלך הלחימה ב-60 השעות האחרונות של המלחמה, נושא שעורר עניין רב קודם לכן, הדו"ח קבע כי ההחלטה בנושא זה התקבלה באופן ענייני ואף ציין כי אישור המהלך היה "כמעט הכרחי". בנוסף קבעה הוועדה כי היו הישגים של ממש בתחום המדיני והחלטה 1701 הייתה הישג למדינת ישראל.
חבר הכנסת אביגדור יצחקי התפטר במחאה על תפקודו של אולמרט והשתלח בו קשות, אולם שרי "קדימה" הפגינו תמיכה בראש הממשלה, וחלקם אף דרשו התנצלות על "רצח האופי שנגרם לו" ועל "הירידה לחייו". ב-3 בפברואר 2008 הודיע שר הביטחון אהוד ברק, בפתח ישיבת הממשלה, כי הוא נשאר לעת עתה בממשלת אולמרט ולא פורש ממנה כפי שהבטיח בעת פרסום דו"ח הביניים, וטרם כניסתו לממשלה.
פרופ' יחזקאל דרור, חבר ועדת וינוגרד, תקף בחריפות את אולמרט על שלא התפטר בעקבות ממצאי הוועדה. בריאיון לאתר ynet אמר, "ציפיתי שהממשלה תתפטר אחרי הדו"ח החלקי. אכן, הרמטכ"ל (דן חלוץ) התפטר ושר הביטחון (עמיר פרץ) אולץ לעזוב את תפקידו, אבל ראש הממשלה לא התפטר ולא אולץ לעזוב. זה לא היה קורה באף דמוקרטיה פרלמנטרית אחרת".
על היערכות העורף קבע מבקר המדינה "כי הטיפול בעורף במהלך המלחמה היה לקוי ביותר. דרגי הביצוע ובכלל זה ראש הממשלה, שר הביטחון, שרי הממשלה, הרמטכ"ל, ומפקד פיקוד העורף, כל אחד על פי חלקו, כשלו באורח חמור בתהליכי קבלת ההחלטות, בהערכה ובביצוע הנוגעים לטיפול באוכלוסייה האזרחית שבעורף ולהבטחת שגרת חיים".
המגעים עם הפלסטינים וועידת אנאפוליס.
במהלך הקדנציה של אולמרט הפשירו היחסים בין ישראל ובין הרשות הפלסטינית ביהודה ושומרון לאחר 7 שנות האינתיפאדה. באוגוסט 2007 נחתם לראשונה הסכם לחידוש התיאום הביטחוני עם הפלסטינים, לאחר 7 שנים. מנגד, אולמרט פעל לבידוד שלטון החמאס ברצועת עזה פוליטית וכלכלית במישור הבינלאומי והפנימי.
ב-27 בנובמבר 2007 התקיימה ועידת אנאפוליס בהשתתפות ישראל, הרשות הפלסטינית וארצות הברית. בנוסף אליהן השתתפו 40 מדינות, כולל מדינות ערב בהן סוריה, עיראק, לבנון וערב הסעודית. בניגוד להסכם אוסלו ולוועידת ואי, ובדומה לוועידת מדריד, לא היוותה ועידת אנאפוליס סיכום של משא ומתן, אלא ניסיון לפתיחתו. מטרת הוועידה הייתה לנסות להניע מחדש את תהליך השלום, ולסלול את הדרך למשא ומתן אינטנסיבי לקראת הסכם קבע ישראלי-פלסטיני. ועידת אנאפוליס הייתה הוועידה המשמעותית הראשונה בין הישראלים לפלסטינים מאז פסגת קמפ דייוויד בשנת 2000 ופריצתה של האינתיפאדה השנייה.
הוועידה, שנוהלה בצד הישראלי על ידי אולמרט ושרת החוץ לבני, הסתיימה בהצהרה על פתיחת משא ומתן והתחייבות למפת הדרכים, תוך שאיפה לסיום המשא ומתן עד סוף 2008.
בעקבות הוועידה החל המשא ומתן בפועל בין הצדדים, ועם התפתחות השיחות פרשה ישראל ביתנו מהממשלה בינואר 2008, והממשלה נותרה עם קואליציה של 67 חברי כנסת.
שנת 2007 הייתה השנה עם מספר ההרוגים הנמוך ביותר בפיגועי טרור וקרבות צבאיים (לרבות בדרום לבנון), מאז שנת 1999. בשנה זו נהרגו 13 אזרחים וחיילים ונערך פיגוע התאבדות אחד. בשנת 2008 עלה מספר ההרוגים ל-36 אזרחים וחיילים.
תקיפת הכור הגרעיני בסוריה.
ב-6 בספטמבר 2007 הורו אולמרט והקבינט המדיני-ביטחוני על מבצע מחוץ לקופסה, שבו השמידו מטוסי חיל האוויר הישראלי כור גרעיני שנבנה בסוריה בסיוע קוריאה הצפונית. הדבר פורסם בכלי תקשורת זרים, אולם הותר באופן רשמי לפרסום בישראל רק לאחר יותר מ-10 שנים. דובר צה"ל פרסם סרטונים המתעדים את רגע התקיפה וראיונות עם קצינים בכירים שהיו מעורבים במבצע.
הודעת פרישה וממשלת המעבר.
ב-30 ביולי 2008 הודיע אולמרט במסיבת עיתונאים כי אינו מתכוון להתמודד בפריימריז של מפלגתו, וכן כי בכוונתו להגיש את התפטרותו מתפקיד ראש הממשלה לאחר שייבחר יו"ר חדש למפלגת "קדימה". ב-17 בספטמבר 2008 נבחרה שרת החוץ ציפי לבני ליו"ר "קדימה" כשגברה על שר התחבורה שאול מופז, וב-21 בספטמבר הגיש אולמרט את מכתב התפטרותו לנשיא המדינה שמעון פרס. הוא שירת כראש ממשלת מעבר עד לקיום בחירות חדשות ולכינונה של ממשלה חדשה. בעת תקופת המעבר המשיך אולמרט את שיחותיו עם הרשות הפלסטינית ללא הצלחה.