Este artigo apresenta uma modelagem matemática de um problema de distribuição de derivados de petróleo em rede multimodal como um caso particular do problema de transporte conhecido na literatura como Two-echelon Capacitated Vehicle Routing Problem (2E-CVRP). Para a sua solução foi gerado um algortimo utilizando a metaheurística Variable Neighborhood Search (VNS), juntamente com a heurística Variable Neighborhood Descent (VND) para encontrar a rota de ligação entre as refinarias e os centros de distribuição e dos centros de distribuição aos clientes que minimiza a função objetivo do problema. O algoritmo foi capaz de encontrar a solução ótima em um tempo computacional satisfatório, mostrando-se eficaz para auxiliar na tomada de decisão.