Konservativa kritiker hade lagt fram ett förslag om att låta heterosexuella par ingå partnerskap, om homosexuella par tilläts gifta sig.
Detta avslogs med 375 röster mot 70 efter en femtimmarsdebatt.
I stället stödde parlamentsledamöter en Labour plan för att samråda om att förändra civila partnerskap - ett drag som kritiseras av vissa Tory parlamentsledamöter.
Kulturminister Maria Miller talade i underhuset och tackade andra parter för deras "oavbrutna stöd" för principerna i äktenskapslagen för samma kön och sade att en översyn av civila partnerskap kunde äga rum "mycket snabbt".
Labour sade att översynen skulle kunna äga rum inom de närmaste månaderna - så att dess resultat kan återspeglas i den slutliga lagstiftningen - men en konservativ parlamentsledamot beskrev händelseförloppet som en "grubbyaffär".
Av Nick RobinsonPolitical redaktör
Parlamentsledamöterna gav i princip sitt stöd till homosexuella äktenskap i februari, men diskuterar nu ändringsförslag på måndag och tisdag bland uppmaningar från vissa konservativa att regeringen ska fokusera på andra prioriteringar.
Lagförslaget debatteras under två dagar, med sin tredje behandling - det sista hindret i underhuset - på tisdag. Om det godkänns kommer det att gå till överhuset på onsdag, där det förväntas möta ytterligare motstånd.
David Cameron har sagt att lika äktenskap skulle bidra till att bygga ett starkare och rättvisare samhälle, men nästan hälften av alla Tories röstade emot det i februari och många partiaktivister är fortfarande djupt emot det i princip.
Lagförslagets nya granskning av parlamentsledamöter kommer mitt bland andra splittringar inom det konservativa partiet om Europa och attityder till partiets gräsrötter.
Parlamentsledamöter får en fri röst om äktenskapet (samma sex par) Bill eftersom det anses vara en fråga om samvete och många konservativa par motsätter sig principen om homosexuella äktenskap.
Tidigare försvarsminister Sir Gerald Howarth sa att planerna var "divisiva" och föreslog att det fanns gott om människor "i det aggressiva homosexuella samhället som ser detta som bara en språngbräda till något ännu längre".
En grupp parlamentsledamöter från Tory, som leddes av den tidigare konservativa ministern Tim Loughton, försökte ändra lagförslaget, med en plan för att utvidga de civila partnerskapen - som trädde i kraft 2005 - till heterosexuella par.
Jean-Louis Loughton avslog förslaget och hävdade att en utvidgning av de civila partnerskapen till att även omfatta heterosexuella skulle motverka en "blixtrande ojämlikhet" i de nuvarande förslagen och främja familjestabiliteten.
"Om detta ändringsförslag antas, kommer det att ta bort några av de avvikelser och brister i detta lagförslag och göra lagförslaget mer tilltalande."
Han varnade för att en översyn av de civila partnerskapen skulle "kickas in i det långa gräset", och tillade att parlamentet "var i fara att bli part i en sista minuten-sömnad mellan frambenen".
Ministrarna enades inledningsvis om att statusen för civila partnerskap bör omprövas senast 2019, med möjlighet att göra det tidigare om parlamentet godkänner det.
Miller berättade för parlamentsledamöterna att det fanns frågor om "grundläggande politik" som måste beaktas med "ekonomiska konsekvenser", såsom pensionsrättigheter för heterosexuella civila partner, änkor och änklingar.
Men även om det inte skulle vara "ansvarsfullt" att lagstifta för närvarande, sade hon att hon respekterade de starka åsikterna i frågan i parlamentet och ville stödja en omedelbar översyn.
Det föreslogs inledningsvis att Labours jämställdhetsgrupp skulle stödja Loughtons ändringsförslag, men senare lade den fram sitt eget kompromissförslag om ett omedelbart samråd.
"Vi är verkligen angelägna om att göra allt vi kan för att se till att samkönade äktenskap kommer så snabbt som möjligt i lagboken," skugga jämlikhet minister Kate Green sade.
"Vi skulle inte vilja se något sätta den ambitionen i fara."
Vice premiärminister Nick Clegg sade att det var hans partis ståndpunkt att utvidga civila partnerskap till alla, oavsett deras sexualitet men det nuvarande lagförslaget kunde inte spåra ur.
Utan att hålla en formell omröstning godkände parlamentsledamöter planer på att genomföra en omedelbar översyn efter ledningen av alla tre parter stödde det.
Samtidigt som de konservativa parlamentsledamöterna misslyckades i sina försök att ändra lagstiftningen i någon form uttryckte de sin oro i ett stort antal frågor.
Ett förslag som skulle ha gjort det möjligt för civila regissörer att avstå från att presidera över homosexuella äktenskap av samvetsskäl stöddes av 150 parlamentsledamöter - inklusive kabinettsministrarna Iain Duncan Smith och Owen Paterson - även om 340 röstade emot.
Vid en senare omröstning stödde 148 parlamentsledamöter ett ändringsförslag för att skydda den religiösa övertygelsen hos en person som tror att äktenskap definieras som att vara mellan en man och en kvinna men 349 parlamentsledamöter röstade emot.
Stonewall, som kampanjer för jämlikhet för homosexuella, lesbiska och bisexuella människor, sade att det skulle vara ett "fruktansvärt medlidande" om lagstiftningen "bröstade ner" och uppmanade parlamentsledamöter från alla parter att inte "spela politik" med den.
Enligt lagförslaget skulle Englands kyrka och Wales kyrka förbjudas att erbjuda samkönade äktenskap på grund av deras starkt uttalade motstånd, såvida de inte ändrade kanonlagen.
Andra religiösa organisationer skulle kunna "hoppa in" för att hålla ceremonier. Det finns för närvarande inga planer på liknande lagstiftning i Nordirland, men det finns redan planer på ett lagförslag för att tillåta samkönade äktenskap i Skottland.
Den brittiska debatten kommer veckan efter att Frankrike blev det nionde europeiska landet och 14 i världen legaliserar homosexuella äktenskap. Tidigare denna månad Rhode Island blev den 10: e amerikanska staten att tillåta samkönade äktenskap.
Planerna på att legalisera homosexuella äktenskap i England och Wales är att gå vidare obehindrat i parlamentet efter det att ministrarna nått en överenskommelse med Labour.