O feijão-fava é uma cultura importante no contexto socioeconômico nordestino, sendo fonte de alimentação e renda para os agricultores familiares da região. Estudos genéticos com a espécie são escassos, o que limita o conhecimento disponível para ser usado em programas de melhoramento. O objetivo do trabalho foi estimar parâmetros genéticos e predizer os ganhos genéticos em gerações segregantes F3 e F4 de feijão-fava oriundas do Programa de Melhoramento da Universidade Federal do Piauí (UFPI). Os experimentos foram instalados no Departamento de Fitotecnia da UFPI, no qual foram avaliados treze caracteres agronômicos de seis populações de feijão-fava geradas de cruzamentos biparentais, sendo o experimento da geração F3 instalado em delineamento de blocos casualizados com cinco repetições no ano de 2019, e o experimento da geração F4 em delineamento de blocos casualizados com três repetições no ano de 2020. Os componentes de variância, parâmetros genéticos e ganhos genéticos foram calculados via metodologia de modelos mistos REML/BLUP, com o auxílio do software SELEGEN. Os resultados de F3 mostram que todas as herdabilidades encontradas foram de baixa magnitude, exceto para a espessura da vagem (36%); os valores da razão CVg/CVe foram superiores a 1, em todos os caracteres, exceto altura da planta (0,87), espessura da vagem (0,24) e peso de 100 sementes (0,33). Na geração F4, as herdabilidades encontradas foram de alta magnitude para número de dias para maturação (59%), número de vagens por planta (89%), espessura de vagem (58%), comprimento da semente (62%), largura da semente (98%) e espessura da semente (80%); a razão CVg/CVe foi superior a 1 nos caracteres número de dias para o início floração (2,49), altura da planta (2,33), largura da vagem (3,66), e número de sementes por vagem (1,12). Considerando os resultados obtidos, foi evidenciado a existência de variabilidade genética entre e dentro das populações para todos os caracteres em F3 e para a maioria dos caracteres em avaliados em F4, sendo que essa variabilidade pode ser explorada no melhoramento da espécie.