Avaliou-se a implementação do PROTEJA, uma estratégia nacional intersetorial de prevenção e atenção à obesidade infantil direcionada para municípios de pequeno porte. Através de estudo qualitativo de casos múltiplos fundamentado na ciência da implementação, realizaram-se 35 entrevistas com responsáveis técnicos municipais das cinco macrorregiões brasileiras provenientes de diferentes cenários de desenvolvimento humano e de aderência à inovação. A identificação e categorização dos facilitadores e barreiras da implementação foram baseadas no Consolidated Framework for Implementation Research (CFIR, Quadro Conceitual Consolidado para Pesquisa de Implementação) por meio de análise de conteúdo. Identificou-se como fatores facilitadores a governança intersetorial, o planejamento e o diagnóstico territorial participativo, o apoio técnico à gestão, a adaptabilidade às realidades locais, a compatibilidade ao rol de serviços da saúde e a percepção de vantagem relativa em relação à programas similares. As principais barreiras foram a dificuldade na utilização dos recursos financeiros, a alta rotatividade e precarização dos responsáveis técnicos, dificuldade em articular agendas para o pleno funcionamento dos espaços de governança, resistência dos profissionais da assistência e baixa prioridade relativa da obesidade infantil como problema público por secretários e prefeitos. Ao articular diretrizes, apoio técnico e incentivos financeiros, viabilizou-se a implementação do PROTEJA. A análise orientada pelo CFIR evidenciou como a interação entre elementos técnicos (instrumentos de planejamento e metas), organizacionais (estruturas e redes intra e intersetoriais) e humanos (capacidades instaladas e trajetórias de aprendizado) facilitaram ou dificultaram a concretização da política.