El estrés por frío afecta la germinación de semillas y el crecimiento temprano de la colza de invierno, lo que lleva a pérdidas en el rendimiento. Empleamos microscopía electrónica de transmisión, análisis fisiológicos, perfilado del metaboloma y secuenciación del transcriptoma para entender el efecto del estrés por frío (0 grados C, LW) en los cotiledones de colzas tolerantes al frío (GX74) y sensibles (XY15). Las células mesofílicas en XY15 tratadas con frío estaban severamente dañadas en comparación con las células ligeramente dañadas en GX74. Los contenidos de fructosa, glucosa, malondialdehído y prolina aumentaron después del estrés por frío en ambos genotipos; sin embargo, GX74 tuvo un contenido significativamente mayor que XY15. El contenido de ácido pirúvico aumentó después del estrés por frío en GX74, pero disminuyó en XY15. El análisis del metaboloma detectó 590 compuestos, de los cuales 32 y 74 se acumularon diferencialmente en GX74 (CK vs. estrés por frío) y XY15 (CK vs. estresado por frío). El ácido araquidónico y la magnoflorina fueron los metabolitos más acumulados en GX74 sometido a estrés por frío en comparación con CK. Hubo 461 y 1481 genes expresados diferencialmente (DEGs) específicos para las colzas XY15 y GX74, respectivamente. En general, los genes comúnmente expresados tuvieron expresiones más altas en GX74 en comparación con XY15 en condiciones de CK y estrés por frío. Los cambios en la expresión de los DEGs relacionados con las proteínas de antena de fotosíntesis, la biosíntesis de clorofila y las vías relacionadas con la biosíntesis de azúcares fueron consistentes con los niveles de fructosa y glucosa en los cotiledones. En comparación con XY15, GX74 mostró una regulación al alza de un mayor número de genes/transcritos relacionados con el ácido araquidónico, el ácido pirúvico, la biosíntesis de arginina y prolina, los cambios en la pared celular, la eliminación de especies reactivas de oxígeno, las vías responsivas al frío y las vías relacionadas con fitohormonas. En conjunto, nuestros resultados proporcionan una visión detallada de las respuestas al estrés por frío en los cotiledones de colza.