Resumo Objetivo: Analisar a associação entre determinantes da tuberculose e a realização do tratamento diretamente observado (TDO), sob diferentes níveis de cobertura da Estratégia Saúde da Família (ESF) no Brasil. Métodos: Estudo transversal, com dados dos casos de tuberculose notificados no Sistema de Informação de Agravos de Notificação entre 2014 e 2016, e da cobertura da ESF no município de residência. Empregou-se regressão logística. Resultados: Foram incluídos 177.626 indivíduos; ser etilista (odds ratio [OR] de 1,09 - intervalo de confiança de 95% [IC95%] de 1,03 a 1,16), estar privado de liberdade (OR=1,21 - IC95% 1,12;1,32) e apresentar baciloscopia positiva (OR=1,15 - IC95% 1,10;1,21) aumentaram as chances de realização do TDO. Quando estratificadas por cobertura da ESF, essas associações viram-se enfraquecidas no maior estrato de cobertura. Conclusão: A realização do TDO associou-se a determinantes da tuberculose; contudo, a associação não se confirmou entre residentes de municípios com maiores coberturas da ESF.