I forkant av stortingsvalget i 2005 inngikk partiet en avtale om regjeringssamarbeid med Arbeiderpartiet, under ledelse av Jens Stoltenberg. Valget ble en skuffelse for SV, som endte opp med en oppslutning på 8,8 %, tilbake fra 12,5 % ved forrige stortingsvalg. Likevel fikk Arbeiderpartiet, SV og Senterpartiet til sammen et knapt flertall og kunne danne regjering (Jens Stoltenbergs andre regjering). I regjering har bl.a. deltagelsen i krigen i Afghanistan vært en vanskelig sak for partiet, som har møtt partiintern kritikk.