Kedelai (Glycine max [L.] Merril) merupakan salah satu komoditas penting dalam hal penyediaan pangan di Indonesia. Untuk memenuhi konsumsi dalam negeri, peningkatan produksi tanaman kedelai perlu terus diupayakan, salah satunya melalui program pemuliaan tanaman. Penelitian bertujuan untuk mengestimasi bentuk sebaran karakter agronomi tanaman kedelai dan pola segregasi karakter agronomi tanaman kedelai generasi F3 hasil persilangan Wilis x Mlg 2521. Penelitian dilaksanakan di kebun percobaan Fakultas Pertanian dan Laboratorium Benih dan Pemuliaan Tanaman Fakultas Pertanian Universitas Lampung pada bulan Oktober 2012—Februari 2013 dengan rancangan percobaan tanpa ulangan. Data dianalisis dengan menggunakan uji khi-kuadrat untuk kesesuaian distribusi normal dan untuk menguji nisbah Mendel. Karakter yang diamati adalah umur berbunga, umur panen, tinggi tanaman, jumlah cabang produktif, jumlah polong per tanaman, bobot 100 biji, dan bobot biji per tanaman. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakter tinggi tanaman, jumlah polong per tanaman, dan bobot biji per tanaman kedelai generasi F3 hasil persilangan Wilis x Mlg 2521 menyebar normal, sedangkan untuk karakter umur berbunga, umur panen, jumlah cabang produktif, dan bobot 100 biji tidak menyebar normal. Karakter umur berbunga menunjukkan pola segregasi dengan nisbah 13 : 3 dan ini termasuk kedalam aksi gen epistasis dominan resesif, umur panen dan bobot 100 biji menunjukkan pola segregasi dengan nisbah 15 : 1 yang bersifat epistasis dominan duplikat, dan jumlah cabang produktif menunjukkan pola segregasi dengan nisbah 9 : 7 yang bersifat epistasis resesif duplikat.