OBJETIVO: Analisar a relação entre os níveis de hemoglobina, concentração de retinol sérico e estado nutricional em crianças de 6 a 59 meses de idade do estado da Paraíba. MÉTODOS: Corte transversal, de base populacional, envolvendo 1.108 crianças de 6 a 59 meses de idade, de ambos os sexos, do Estado da Paraíba. As concentrações de hemoglobina foram analisadas em sangue venoso por meio decontador automático, e as de retinol sérico por cromatografia líquida de alta resolução. Para a avaliação do estado nutricional energético-proteico, foram utilizados peso e estatura pelos índices: peso/idade, estatura/idade e peso/estatura em escores-Z. As proporções foram comparadas pelo teste do Qui-quadrado de Pearson e teste exato de Fisher, e a associação entre as concentrações de hemoglobina e de retinolemia e o estado nutricional, pelo modelo de regressão de Poisson. RESULTADOS: Observou-se prevalência de 36,5% (IC95%=33,7-39,3) de anemia (Hb<11,0 g/dL), 21,4% (IC95%=17,3-22,2) de hipovitaminose A (<0,70µmol/L), 7,3% (IC95%=5,8-8,8)) de desnutrição crônica (estatura/idade<-2), 1,3% (IC95%=0,6-2,0) de desnutrição global (peso/idade<-2), e 2,3% (IC95%=1,4-3,2) de desnutrição aguda (estatura/idade<-2). Na análise multivariada, observou-se associação direta entre anemia e retinolemia inadequada, assim como entre anemia e desnutrição crônica. CONCLUSÃO: A elevada prevalência da anemia e da hipovitaminose A impõe a adoção de medidas efetivas de prevenção e controle. A associação entre as carências nutricionais demonstrou que uma melhoria na retinolemia bem como no estado nutricional tende a reduzir a anemia no contexto estudado.