El Partido Laborista, de centro izquierda, es el principal socio del partido Kadima de Olmert en la coalición gobernante.
Barak pidió la dimisión de Olmert después de que un informe oficial criticara la gestión de la guerra del año pasado contra Hezbolá en Líbano, pero ha dicho que no se retirará de inmediato de la coalición.
Los ministros laboristas tampoco parecen dispuestos a arriesgar sus cargos en una gran reorganización política o en unas elecciones anticipadas, que según sondeos de opinión favorecerían al ex primer ministro Benjamin Netanyahu y a su derechista partido Likud.
Barak obtuvo el 51,2 por ciento de los votos de los 103.000 miembros del Partido Laborista en la segunda vuelta de las primarias, mientras que su rival, el ex jefe de inteligencia Ami Ayalonwith Ayalon, logró un 47,7 por ciento, según los resultados oficiales.
El ex jefe del Ejército, de 65 años, reemplazará al frente de los laboristas a Amir Peretz, actual ministro de Defensa.
Barak renunció como primer ministro en 2001, después del inicio de un levantamiento palestino y el fracaso de las negociaciones de paz. Desde entonces ha tenido una exitosa carrera en los negocios.
«Hoy comienza la larga y dura tarea (…) de unir al Estado de Israel (…) También es el comienzo de nuestra misión para restaurar la fe del pueblo en sus líderes», declaró Barak en un discurso tras su victoria.
El ex primer ministro ha dicho que podría dar algo de espacio a Olmert, al menos hasta que la comisión que estudia los temas de la guerra en Líbano entregue un informe definitivo en agosto.
Barak es más popular entre los votantes que Olmert, cuyos índices de aprobación han bajado a cifras de un dígito.