ב־15 בספטמבר 1982 השתתף שמיר בישיבת הממשלה שאישרה את כניסת הפלאנגות הנוצריות למחנות הפליטים הפלסטינים בביירות, לאחר רציחתו של נשיא לבנון ומנהיג הפלנגות בשיר ג'ומייל. עם כניסתם למחנות חוללו הפלנגות את טבח סברה ושתילה. שמיר נקרא להעיד בפני ועדת כהן, שחקרה את הטבח, ונמנה עם האישים שהוזהרו על ידי הוועדה בנובמבר 1982 כי הם עלולים להיפגע מדו"ח הוועדה (בנוסף לשמיר הוזהרו גם מנחם בגין, אריאל שרון ורפאל איתן). הוועדה מצאה כי שמיר ידע על הטבח משלב מוקדם, אך לא פעל על מנת לאמת את המידע או ליידע גורמים אחרים. בסופו של דבר ננזף שמיר, אך לא נמצא כי יש לנקוט כנגדו בצעדים אישיים. שמיר המשיך לכהן כשר החוץ.