O plantio direto de brócolis de cabeça única no inverno, sobre diferentes culturas de cobertura, implantadas em sistema de aléias de guandu, em rotação com milho verde no verão, sob manejo orgânico, foi objetivo deste estudo. O delineamento foi em blocos ao acaso, em parcelas sub-divididas em faixas, com dois pré-cultivos: Sorghum bicolor e consórcio (sorgo + Crotalaria juncea); faixas separadas pelas aléias (Cajanus cajan). O consórcio aportou maior biomassa (64,8 t ha-1 e 21,3 t ha-1; 49,2 t ha-1 e 14,9 t ha-1 ) que o sorgo (51,9 t ha-1 e 18,0 t ha-1 ; 40,5 e 12,5 t ha-1 matéria fresca e matéria seca) nos 1º e 2º ano (2013/2014). A produção de brócolis na palha do sorgo com poda do guandu foi de 7,81 t ha-1 e 4,72 t ha-1, e sem poda 6,55 t ha-1 e 3,17 t ha-1; na palha do coquetel foi maior, sendo com poda do guandu de 9,86 t ha-1 e 6,12 t ha-1, e sem poda 8,46 t ha-1 e 4,46 t ha-1 (2013/2014). O aporte de material orgânico oriundo dos resíduos das culturas anuais forneceu um total de 24,43 t ha-1 matéria seca (resíduos brócolis e milho verde + vegetação espontânea) no sistema produtivo. Das aléias de guandu que não foram podadas, colheu-se 581 kg ha-1 de feijão guandu seco e beneficiado. O emprego de adubos verdes em pré-cultivo, aliado a aleias de guandu, no plantio direto orgânico de brócolis rotacionado com milho-verde, melhora a fertilidade do solo e mantém a sustentabilidade do sistema de produção agroecológico.