Les changements au sein du gouvernement indonésien ainsi que la pression internationale croissante conduisent le président indonésien Habibie à annoncer la tenue d'un référendum au Timor oriental portant sur l’autonomie de la région. Les Indonésiens indiquent aussi que si ce référendum est rejeté, un référendum d’autodétermination serait lancé. Les militaires indonésiens confient alors des armes aux milices pro-indonésiennes pour « encourager » la population à voter en faveur de l’autonomie. Le 10 août 1999, Gusmão ordonne aux forces du FALINTIL de rester sur leurs positions et de résister à toute provocation des forces indonésiennes et des diverses milices. En outre, il leur demande de ne pas participer aux manifestations civiles orchestrées par les militaires indonésiens. Ces ordres sont généralement suivis et les rebelles du FALINTIL restent dans leurs camps lors du processus référendaire. Le 30 août a lieu le premier référendum avec un taux de participation de 98 %. Le 4 septembre, l’ONU annonce les résultats qui donnent l’autonomie largement perdante. Les opposants à cette solution représentant 78,5 % des votants. Dès le 5 septembre, les militaires indonésiens et les milices pro-indonésiennes réagissent en lançant une vaste campagne de pillages et de violences contre les Est-timorais. Gusmão et le CNRT continuent d’exhorter les forces du FALINTIL à ne pas intervenir. Le 20 septembre, l’INTERFET, la force multinationale de l’ONU dirigée par l’armée australienne débarque au Timor oriental pour mettre fin aux actions des milices et restaurer la paix. L’un des mandats de l’INTERFET est de désarmer toutes les factions armées du Timor oriental dont le FALINTIL. Finalement, conseillé par Gusmão, l’ONU autorise le FALINTIL à conserver ses armes mais à les laisser au sein de leurs camps tant que la paix n’aura pas été restaurée.