Objetivos: avaliar a associação entre a preservação do nervo intercostobraquial e a sensibilidade dolorosa do braço, tempo de cirurgia e número de linfonodos dissecados em pacientes submetidas à linfadenectomia axilar por carcinoma de mama. Métodos: foi realizado um estudo de intervenção, tipo ensaio clínico, randomizado e duplocego com 85 pacientes atendidas no Centro de Atenção Integral à Saúde da Mulher da Universidade Estadual de Campinas, no período de janeiro de 1999 a julho de 2000. As pacientes foram divididas aleatoriamente em dois grupos, conforme a intenção da preservação ou não do nervo intercostobraquial. As cirurgias foram realizadas sempre por dois dos pesquisadores, utilizando a mesma técnica. As avaliações pós-operatórias foram feitas com 2 dias, 40 dias e após 3 meses, por um dos pesquisadores que não havia participado das cirurgias. A sensibilidade dolorosa no braço foi avaliada mediante emprego de questionário específico e pelo exame físico neurológico, sempre correlacionado com o membro contralateral. Para a análise estatística foram utilizados os testes t de Student e exato de Fisher. Resultados: a técnica cirúrgica de preservação do nervo intercostobraquial foi factível em 100% dos casos, associando-se a diminuição significativa nas alterações de sensibilidade dolorosa do braço, em comparação com as pacientes que tiveram o nervo intercostobraquial seccionado. Após 3 meses, na avaliação subjetiva 61% das pacientes encontravam-se assintomáticas no grupo da preservação e 28,6% no grupo da secção (p<0,01). Na avaliação objetiva, a porcentagem de pacientes com exame físico neurológico normal no metâmero do nervo intercostobraquial foi de 53,7% e 16,7% (p<0,01) entre os grupos da preservação e secção, respectivamente. Não houve diferença significativa no tempo de cirurgia e número de linfonodos dissecados entre os grupos. A média de tempo foi de 81,2 e 79,1 minutos nos grupos da preservação e secção do nervo e a média do número de linfonodos dissecados foi de 19,5 e 20,4 linfonodos entre os grupos da preservação e secção do nervo intercostobraquial, respectivamente. Conclusão: a preservação do nervo intercostobraquial é factível e leva à diminuição significativa das alterações de sensibilidade dolorosa no braço, sem interferir no tempo cirúrgico e no número de linfonodos dissecados.