Objetivo: Avaliar o desempenho do processo de descentralização das ações de vigilância sanitária no Estado do Rio de Janeiro. Método: Pesquisa avaliativa com uso de métodos mistos. Primeiro foi conduzida pesquisa documental sobre o processo de descentralização da vigilância sanitária no Estado do Rio de Janeiro. Em sequência método quase-experimental, séries temporais interrompidas, foi aplicado para testar efeitos imediatos e graduais da intervenção sobre o indicador “percentual de municípios que realizam no mínimo seis grupos de ações de vigilância sanitária consideradas necessárias a todos os municípios no ano”. Essa informação foi extraída do Sistema de Informação Ambulatorial. Em ambas as abordagens o período de análise compreendeu 2010 a 2019. Resultados: A linha do tempo foi fundamental para explicitar o caminho percorrido no processo de descentralização da vigilância sanitária no Estado destacando os principais marcos, avanços e desafios que emergiram nesse contexto. A regressão segmentada mostrou que a partir da ampliação da intervenção no Estado houve um aumento (β2) no patamar de 5,12% (p = 0,0000) na execução das ações pactuadas. Com o passar do tempo, a tendência (β3) apresentou queda de -8,39% (p = 0,1370). Foi identificado aumento estatisticamente significativo do nível do indicador nas regiões Baixada Litorânea (β2: 19,90%, p = 0,0000 e IC 95%: 44,6582 - 55,1423), Médio Paraíba (β2: 15,01%, p = 0,0000 e IC95%: 37,8740 - 52,1592), Serrana (β2: 12,80%, p = 0,0000 e IC95%: 17,9140 - 22,1812), Metropolitanas I (β2: 37,82%, p = 0,0002 e IC95%: 28,5069 - 47,1460) e Metropolitana II (β2: 55,05%, p = 0,0011 e IC 95%: 43,2534 - 86,8552). Apenas a região Serrana apresentou tendência de redução de β3: -10,63% estatisticamente significativa (p = 0,0000). Conclusão: Os achados sinalizam que o processo de descentralização necessita de efetivo apoio técnico e administrativo para ser legitimado numa perspectiva social que vise à promoção de ações integradas.