Os rizóbios realizam a fixação biológica do nitrogênio (FBN) em nódulos formados nas raízes das leguminosas como o feijão-fava (Phaseolus lunatus). Além da FBN, os nódulos são sítios de processos bioquímicos que podem levar a formação de espécies reativas de oxigênio que, em excesso, podem reduzir a eficiência da simbiose rizóbio-leguminosa. Neste contexto, o presente estudo objetivou avaliar o efeito da inoculação de diferentes isolados de rizóbios em plantas de feijão-fava, buscando identificar o par simbiótico mais eficiente em realizar a FBN, nas trocas gasosas, na concentração de pigmentos fotossintéticos, na concentração de solutos orgânicos e, metabolismo antioxidativo. O experimento foi conduzido em casa de vegetação com delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 7x2x2 +2 (sete isolados de rizóbio; duas variedades crioulas de feijão-fava; dois pontos de coleta; e duas testemunhas [nitrogenada e absoluta]) com três repetições. Observou-se incrementos significativos nas variáveis analisadas quando as plantas foram inoculadas com os isolados nativos em relação às testemunhas. Plantas de feijão-fava var. crioula Boca de Moça e Branca inoculadas com ISOL-56 e ISOL-57, respectivamente, apresentaram maiores teores de clorofila. O nitrogênio total foi superior nas plantas de feijão-fava inoculadas com os isolados ISOL-59 e ISOL-56 no ponto de florescimento e enchimento de grãos, respectivamente. A concentração de amônia livre foi maior no ponto de enchimento de grãos, principalmente quando as plantas foram inoculadas com isolado ISOL-01 ou ISOL-57. As plantas de feijão-fava inoculadas com o isolado ISOL-59 apresentaram maiores teores de leghemoglobina em relação aos demais tratamentos. O nível de peróxido de hidrogênio nos nódulos das plantas inoculadas com rizóbios foi superior no ponto de enchimento de grãos em relação ao ponto de florescimento. A atividade das enzimas peroxidase de fenóis e superóxido dismutase foi maior nas plantas de feijão-fava inoculadas com isolado ISOL-20 e ISOL-40 no ponto florescimento, enquanto que a atividade da catalase foi aumentada nas plantas de feijão-fava inoculadas com os isolados ISOL-01, ISOL-20 e ISOL-57. Os isolados de rizóbios nativos foram eficientes em formar nódulos radiculares ativos e realizar a FBN. Além disso, contribuíram para a manutenção metabólica das plantas de feijão-fava.