La propuesta de sir Oliver Letwin fue aprobada por 329 votos contra 302 tras una jornada de debates sobre la retirada de Reino Unido de la Unión Europea.
"Otra humillante derrota para la primera ministra, quien ha perdido completamente el control de su partido, su Gabinete y del proceso del Brexit", tuiteó Keir Starmer, ministro "en la sombra" por la salida de la UE.
La decisión de los diputados supone el colapso total de la confianza de la Cámara en el Ejecutivo conservador, que había prometido "facilitar" una votación similar esta semana.
Tres secretarios de Estado renunciaron a sus cargos este 25 de marzo para votar a favor de una moción que el Gobierno renunció a avalar.
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El líder laborista, Jeremy Corbyn, celebró la "toma de control" del proceso parlamentario del Brexit.
La UE ha aceptado demorar el Brexit hasta el 22 de mayo si se ratifica el acuerdo en los próximos días.
De no cumplirse esta condición, Reino Unido saldrá abruptamente de la UE el 12 de abril o tendrá que presentar para entonces un plan B aceptable que conllevará probablemente la solicitud de una prórroga más extensa.