Den mest omfattende endringen i sammensetningen av Stoltenberg II skjedde etter stortingsvalget høsten 2009, da elleve av departementene fikk nye sjefer. Kabalen tok såpass lang tid å legge at endringene måtte gjøres i to omganger. 2. oktober gikk to av Arbeiderpartiets statsråder ut av regjeringen for å kunne innta viktige verv i Stortinget: Dag Terje Andersen ble stortingspresident, og Helga Pedersen ble parlamentarisk leder. Midlertidig fikk helseminister Bjarne Håkon Hanssen også ansvaret for Arbeidsdepartementet, mens næringsminister Sylvia Brustad tok seg av Fiskeridepartementet.