Dentre os impactos ambientais ocasionados pelas atividades da cadeia produtiva do petróleo, cita-se os vazamentos de petróleo bruto ou de seus derivados no solo que prejudicam o equilíbrio dos ecossistemas e traz efeitos negativos a sociedade. Para recuperação dessas áreas tem-se como alternativa, viável e eficaz, de simples aplicação e baixo custo, a biorremediação, técnica que utiliza microrganismos capazes de degradar contaminantes, aliado a estratégias para aumentar a eficiência e velocidade desse processo, como a bioestimulação, que se baseia na otimização das condições ambientais para favorecer a atividade microbiana. Assim objetivou-se avaliar a bioestimulação com aplicação de fertilizantes NPK na degradação de petróleo em vertissolo, solo caracterizado pelo alto teor de argila. Para isso o solo foi contaminado artificialmente com petróleo em níveis crescentes de 0, 1, 3, 5 e 10 % (p/p) e bioestimulado com fertilizante NPK 10:30:20, dosagem única no início do experimento em níveis de concentração equivalente a 0, 250, 500, 1.250 e 2.500 kg ha^-1. O controle da degradação do contaminante foi realizado pelo método respirométrico, através da produção de CO₂ medida a cada 7 dias ao longo dos 91 dias de experimento. Conclui-se que a técnica da bioestimulação com aplicação de fertilizante NPK na proporção 10:30:20 teve efeito significativo no aumento da produção de CO₂ no vertissolo com diferentes níveis de contaminação por petróleo, obtendo produção máxima estimada de CO₂ de 4.962,34 mg kg^-1 de solo ao nível de contaminação de 22,82 % de óleo, bioestimulado a uma dose de 5.985,35 kg ha^-1 de NPK 10:30:20.