The objective of this work was to estimate the genetic parameters for the performance prediction of sugarcane (Saccharum spp.) families under natural cold stress, in Southern Brazil, and to identify the best combinations of parents aiming at the selection for tolerance to cold. Fifty-three full-sib families were evaluated in an incomplete block design, with five replicates per family, in the municipality of Pelotas, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil. Harvest occurred in August 2013, nine months after planting and after cold spells with negative temperatures down to -2.2ºC. Statistical analyses, performed with the mixed model methodology, detected significant differences among families. Heritability estimates among progeny means were higher than those of individual heritability. Estimates of genetic progress for the traits megagrams of stalks per hectare, megagrams of brix per hectare, and number of stalks indicated gains of 93.8, 91.0, and 53.3%, respectively. A set of eight promising families that combine high estimates for yield and cold stress tolerance was obtained.O objetivo deste trabalho foi estimar os parâmetros genéticos para prever o desempenho de famílias de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) sob condições naturais de estresse por frio, no Sul do Brasil, e identificar as melhores combinações de genitores para a seleção quanto à tolerância ao frio. Cinquenta e três famílias de irmãos completos foram avaliadas em delineamento de blocos incompletos, com cinco repetições por família, no Município de Pelotas, RS. A colheita foi realizada em agosto de 2013, nove meses após o plantio e após eventos de frio com temperatura negativa que chegou a -2,2ºC. As análises estatísticas, realizadas por meio da metodologia de modelos mistos, detectaram diferenças significativas entre as famílias. As estimativas de herdabilidade em nível de família foram maiores do que as de herdabilidade em nível de indivíduo. As estimativas quanto ao progresso genético para os caracteres megagramas de cana por hectare, megagramas de brix por hectare e número de talos indicaram ganhos de 93,8, 91,0 e 53,3%, respectivamente. Obteve-se um conjunto de oito famílias potenciais que combinam elevadas estimativas de rendimento e tolerância ao estresse por frio
