Objetivo: analisar como os trabalhadores de enfermagem de unidades hospitalares COVID-19 percebem as repercussões físicas e psicológicas do trabalho em sua saúde e os fatores associados à sua percepção. Método: estudo de métodos mistos paralelo-convergente realizado com 359 trabalhadores lotados em unidades COVID-19 de sete hospitais. Para a coleta de dados quantitativos foram utilizados um questionário contendo variáveis sociodemográficas, laborais e relacionadas às percepções de repercussões físicas e psicológicas e, para a qualitativa, entrevistas semiestruturadas. Para a análise utilizou-se estatística inferencial e análise temática de conteúdo. Resultados: trabalhadores diurnos, que tinham mais de um vínculo empregatício e trabalhavam mais de 41 horas/semana perceberam as repercussões físicas como mais moderadas/intensas, devido à sobrecarga e déficit de folgas. Enfermeiros e celetistas perceberam as repercussões psicológicas mais moderadas/intensas, atribuindo-as à sobrecarga gerencial e insatisfação trabalhista. Mulheres apresentaram 97% mais chance de perceberem repercussões físicas e três vezes mais chance de perceberem repercussões psicológicas, quando comparadas aos homens, referindo sobrecarga doméstica e familiar. Conclusão: sobrecargas laborais e familiares, intensificadas pelo contexto pandêmico, foram associadas à intensidade com a qual os trabalhadores da enfermagem perceberam repercussões físicas e psicológicas.