O objetivo deste trabalho foi avaliar os componentes de produção, produtividade de grãos, índice de área foliar, condutância estomática e fotossíntese de uma variedade de feijão-caupi de porte ereto, BRS Itaim, sob diferentes populações de plantas e diferentes regimes hídricos em sistemas de plantio convencional e direto. O experimento foi conduzido no campo experimental da Embrapa Meio-Norte, em Teresina, Piauí, no período de junho a agosto de 2016. O solo da área é classificado como Argissolo Vermelho-Amarelo de textura franco-arenosa. Utilizou-se o delineamento experimental em blocos casualizados, no esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos por cinco níveis de irrigação nas parcelas: 50, 75, 100, 125 e 150% da ETc (157,00; 189,00; 234,00; 274,00 e 320,00 mm), aplicados por meio de um sistema de irrigação por aspersão convencional, e cinco densidades de plantas: 120.000; 1600.000; 200.000; 240.000 e 280.000 plantas ha-1 nas subparcelas. As variáveis analisadas foram: número de vagens por planta (NVP); número de vagens por metro quadrado (NVM2); comprimento de vagens (CV, cm), produtividade de grãos (PG, kg ha-¹), eficiência do uso de água, índice de área foliar, fotossíntese, condutância estomática, transpiração e temperatura foliar. A interação densidades de plantas versus regimes hídricos foi significativa, evidenciando que o efeito das densidades de plantas utilizadas foi dependente das lâminas de irrigação aplicada, e vice-versa. A produtividade de grãos apresentou valores máximos de: 1.166,36 kg ha-1 e 1.610.99 kg ha-1 alcançados com as lâminas de: 320,00 e 270.01 mm associados às densidades de: 280.000 plantas ha-1 para os plantios convencional e direto, respectivamente.