Foram avaliados as concentrações séricas de vitaminas A e D e os fatores associados em crianças beneficiárias de programa de distribuição de leite fortificado, sendo utilizados modelos de regressão linear múltiplos com seleção hierárquica de variáveis independentes (condição sociodemográfica, de saúde, alimentação, amamentação, consumo do leite fortificado, exposição solar, antropometria, retinol e calcidiol séricos). Foram consideradas insuficiência e deficiência de vitamina A e de vitamina D as concentrações séricas < 1,05µmol/L, 0,70µmo/L, 30ng/mL e 20ng/mL, respectivamente. Houve inadequação do consumo alimentar de vitaminas A e D. As prevalências de insuficiência e deficiência de vitamina A e de vitamina D foram 19%, 6%, 82% e 58%, respectivamente. Os fatores associados às menores concentrações séricas de vitamina A foram: amamentação materna exclusiva < 120 dias, ausência de trabalho materno combinada com menor escolaridade materna, maior número de pessoas que consomem leite fortificado no domicílio e menor vitamina D sérica. Para a vitamina D, foram: menor exposição ao sol e menor vitamina A sérica. Ações de educação nutricional são necessárias para melhorar a situação nutricional dessas crianças. Vitamin A and D serum concentrations and risk factors for their deficiencies were investigated in children participating in a government-sponsored fortified milk program. The study used multivariate linear regression analysis with hierarchical selection of independent variables: socio-demographic conditions, children's health, food consumption, breastfeeding, fortified milk, exposure to sunlight, anthropometric measurements, and serum concentration of retinol and 25(OH)D. Vitamin A and vitamin D insufficiency and deficiency values were defined as < 1.05µmol/L, < 0.7µmol/L, < 30ng/mL, and < 20ng/mL, respectively. Vitamin A and D intake was inadequate. Prevalence rates for vitamin A and vitamin D insufficiency and deficiency were 19%, 6%, 82%, and 58%, respectively. Factors associated with low serum vitamin A were exclusive breastfeeding for less than 120 days, low maternal schooling, maternal unemployment, more consumers of fortified milk in the family, and low serum vitamin D. Factors associated with vitamin D deficiency were low exposure to sunlight and low serum vitamin A. Nutritional education is needed to improve children's nutritional status. Se evaluaron las concentraciones séricas de vitaminas A y D y factores asociados en niños que se benefician del programa de distribución de leche fortificada. Se utilizaron múltiples modelos de regresión lineal, con una selección jerárquica de las variables independientes (estatus sociodemográfico, salud, alimentación, lactancia materna, consumo de leche fortificada, exposición al sol, medidas antropométricas, retinol y calcidiol séricos). Para la insuficiencia y deficiencia de vitamina A y vitamina D, se adoptaron concentraciones séricas < 1,05µmol/L, < 0,70µmol/L, < 30ng/mL, < 20ng/mL, respectivamente. La inadecuación del consumo de alimentos para vitamina A y vitamina D fue de un 40% y 100%, respectivamente. La prevalencia de insuficiencia y la deficiencia de vitamina A y vitamina D fue de un 19%, 6%, 82% y 58%, respectivamente. Los factores asociados más pequeños de vitamina A sérica fueron: lactancia exclusiva < 120 días, ausencia de empleo de la madre, combinada con una baja educación materna y menor vitamina D sérica. Para la vitamina D fueron: menor exposición al sol y menor vitamina A sérica. Las acciones de educación nutricional son necesarias para mejorar la situación nutricional de estos niños.