Hon tar därmed de första formella stegen för att ta plats på posten igen, med en ny regeringsbildning.
Hon lämnade över sin avskedsansökan till president Alar Karis i Kadriorgs slott i Tallinn på torsdagsförmiddagen.
Kallas liberala parti Reformpartiet bildade regering med Centerpartiet i januari 2021, men konflikter om välfärdspolitiken och hanteringen av den skyhöga inflationen gjorde att samarbetet sprack i början av juni i år.
– Jag är övertygad om att den nya regeringen kommer att vara en majoritetsregering som kan styra Estland med fast hand i denna svåra tid, säger hon vid en presskonferens enligt tidningen Postimees.
I den nya regeringen ska Reformpartiet samarbeta med Socialdemokraterna och konservativa Fäderneslandet. Enligt planen ska den sväras in vid ett extrainsatt sammanträde i parlamentet riigikogu på fredag.