Introdução: A prematuridade é um problema de saúde pública global, por representar a principal causa de óbito infantis, sobretudo no período neonatal precoce. Objetivo: Analisar a incidência de óbitos de bebês prematuros hospitalizados e identificar fatores relacionados ao óbito precoce em município brasileiro de fronteira.Método: Estudo analítico, transversal, realizado em Foz do Iguaçu-PR, Brasil. Foram analisados 202 prontuários eletrônicos, entre 2013 e 2017, utilizando-se o teste Qui-quadrado e exato de Fisher, com nível de significância (p<0,05).Resultados: O óbito entre bebês prematuros hospitalizados foi considerado alto (21,3%), sobretudo no período neonatal precoce (p<0,001). Parto vaginal, peso ao nascer inferior a 1.000g, prematuridade extrema, escores de Apgar inferior a sete e intervenções invasivas foram fatores relacionados ao óbito neonatal precoce (p<0,001). A maior utilização de antibióticos foi relacionada ao óbito neonatal tardio e infantil (p<0,001).Conclusão: O incremento da assistência pré-natal, da atenção ao parto e da hospitalização de prematuros pode reduzir a mortalidade infantil, em especial em municípios de vulnerabilidade assistencial por pertencerem em região de fronteira.