Utfallet i omröstningen blev 51-49 för biståndet, medan det hade behövts minst 60 röster.
Samtidigt råder det brådska då kalenderåret närmar sig sitt slut.
“Om jag måste vara här under j*vla juldagen, så kommer jag att vara här”, sade demokraten Jon Tester från Montana. Han betonade vikten av en uppgörelse och underströk att det kommer att behövas kompromisser från båda sidor.
Vita huset har sagt att ett uteblivet bistånd till Ukraina, där kriget snart pågått i två år, skulle utgöra en stor risk mot USA:s egna nationella säkerhet.
“Tro inte annat: dagens omröstning kommer att bli ihågkommen länge. Och historien kommer att döma hårt mot dem som vände ryggen åt frihetens sak. Vi kan inte låta Putin vinna", sade president Joe Biden.