Resumo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes plantas de cobertura de inverno na fertilidade do solo e produtividade da cultura do milho. O experimento foi conduzido por três safras agrícolas, de 2011 a 2014. Os tratamentos utilizados foram as plantas de coberturas de inverno ervilhaca, aveia preta, tremoço azul, nabo forrageiro, azevém e ervilha forrageira cultivadas isoladamente, além dos consórcios aveia preta com ervilhaca, aveia preta com nabo forrageiro e ervilhaca, aveia preta com nabo forrageiro e uma parcela controle, sem uso de plantas de cobertura (Pousio). O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com três repetições. Em três safras agrícolas foram avaliados os atributos químicos e físicos do solo, o rendimento de massa seca da parte aérea das plantas de cobertura e o rendimento de grãos do milho cultivado em sucessão. A ervilha forrageira produziu mais matéria seca na safra 2011/2012, enquanto os consórcios aveia + ervilhaca e aveia + nabo + ervilhaca produziram mais nas safras de 2012/2013 e 2013/2014. O rendimento de grãos de milho foi maior em sucessão a fabáceas e consórcios na safra 2011/2012 e em sucessão a aveia + ervilhaca + nabo e tremoço nas safras 2012/2013 e 2013/2014. O cultivo de plantas de cobertura por três anos consecutivos resultou em incremento nos teores de matéria orgânica e na disponibilidade de fósforo e potássio no solo.