OBJECTIVE To analyze the epidemiological profile of cases and the pattern of spatial diffusion of the largest measles epidemic in Brazil that occurred in the post-elimination period in the state of São Paulo. METHOD A cross-sectional study based on confirmed measles cases in 2019. Bivariate analysis was performed for socioeconomic, clinical, and epidemiological variables, according to prior vaccination and hospitalization, combined with an analysis of spatial diffusion of cases using the Inverse Distance Weighting (IDW) method. RESULTS Of the 15,598 confirmed cases, 2,039 were hospitalized and 17 progressed to death. The epidemic peak occurred in epidemiological week 33, after confirmation of the first case, in the epidemiological week 6. Most cases were male (52.1%), aged between 18 and 29 years (38.7%), identified as whites (70%). Young adults (39.7%) and children under five years (32.8%) were the most affected age groups. A higher proportion of previous vaccination was observed in whites as compared to Blacks, browns, yellows and indigenous people (p < 0.001), as well as in the most educated group compared to the other categories (p < 0.001). The risk of hospitalization was higher in children than in the older age group (RI = 2.19; 95%CI: 1.66–2.88), as well as in the unvaccinated than in the vaccinated (RI = 1.59; 95%CI: 1.45–1.75). The pattern of diffusion by contiguity combined with diffusion by relocation followed the urban hierarchy of the main cities’ regions of influence. CONCLUSION In addition to routine vaccination in children, the findings indicate the need for immunization campaigns for young adults. In addition, studies that seek to investigate the occurrence of clusters of vulnerable populations, prone to lower vaccination coverage, are essential to broaden the understanding of the dynamics of transmission and, thus, reorienting control strategies that ensure disease elimination. RESUMO OBJETIVO Analisar o perfil epidemiológico dos casos e o padrão de difusão espacial da maior epidemia de sarampo do Brasil ocorrida no período pós-eliminação, no estado de São Paulo. MÉTODO Estudo transversal, baseado em casos confirmados de sarampo em 2019. Foi conduzida análise bivariada das variáveis socioeconômicas, clínicas e epidemiológicas, segundo vacinação prévia e ocorrência de hospitalização, combinada a uma análise de difusão espacial dos casos por meio da metodologia de interpolação pela ponderação do inverso da distância. RESULTADOS Dos 15.598 casos confirmados, 2.039 foram hospitalizados e 17 evoluíram para o óbito. O pico epidêmico ocorreu na semana epidemiológica 33, após a confirmação do primeiro caso, na semana epidemiológica 6. A maioria dos casos era homem (52,1%), com idade entre 18 e 29 anos (38,7%), identificados como brancos (70%). Adultos jovens (39,7%) e menores de cinco anos (32,8%) foram as faixas etárias mais acometidas. Observou-se maior proporção de vacinação prévia em brancos, quando comparados a pretos, pardos, amarelos e indígenas (p < 0,001), assim como no grupo mais escolarizado, quando comparado às demais categorias (p < 0,001). O risco de hospitalização foi maior em crianças, quando comparado à faixa etária mais idosa (RI = 2,19; IC95% 1,66–2,88), assim como entre não vacinados, quando comparado a vacinados (RI = 1,59; IC95% 1,45–1,75). O padrão de difusão por contiguidade combinado à difusão por realocação seguiu a hierarquia urbana das regiões de influência das principais cidades. CONCLUSÃO Além da vacinação de rotina em crianças, os achados indicam a necessidade de campanhas de imunização de adultos jovens. Adicionalmente, estudos que busquem investigar a ocorrência de clusters de populações vulneráveis, propensas a menor cobertura de vacinação, são essenciais para ampliar a compreensão sobre a dinâmica de transmissão da doença e, assim, reorientar estratégias de controle que garantam a eliminação da doença.