Trata-se de estudo ecológico analítico, retrospectivo, composto pelos 645 municípios do Estado de São Paulo, cujo objetivo foi verificar a relação entre variáveis socioeconômicas, demográficas e modelo de atenção, em relação ao coeficiente de mortalidade infantil, no período de 1998 a 2008. Foi calculada a proporção de variação média anual para cada indicador por estrato de cobertura. A mortalidade infantil foi analisada segundo modelo de medidas repetidas no tempo, ajustado para as variáveis de correção: população do município, proporção de PSF implantado, proporção de PACS implantado, PIB per capita e IPRS (índice paulista de responsabilidade social). A análise foi realizada por modelos lineares generalizados, considerando a distribuição gama. Comparações múltiplas foram realizadas pela razão de verossimilhança com distribuição aproximada qui-quadrado, considerando-se nível de significância de 5%. Houve diminuição da mortalidade infantil no decorrer dos anos (p < 0,05), não havendo diferença significativa de 2004 a 2008 (p > 0,05). A proporção de PSF implantado (p < 0,0001) e o PIB per capita (p < 0,0001) foram significativos no modelo. A queda da mortalidade infantil no período analisado foi influenciada pelo crescimento do PIB per capita e pelo modelo Saúde da Família.