La gestión de la cadena de suministro y el diseño de redes de distribución han atraído la atención de muchos investigadores en los últimos años. La satisfacción oportuna de las demandas de los clientes conduce a la reducción de costos, la mejora de los niveles de servicio y el aumento de la satisfacción del cliente. Con este propósito, en esta investigación se diseñan modelos de programación matemática para una red de distribución de dos niveles que incluye almacenes centrales, almacenes regionales y clientes, de modo que varios productos con demandas definidas en múltiples períodos se distribuyan desde los almacenes centrales a los clientes. En este problema, se consideran dos funciones objetivo. La primera función objetivo busca minimizar los costos de establecimiento, transporte, inventario y escasez, y la segunda función objetivo intenta maximizar el nivel de satisfacción correspondiente con la tasa de suministro de diferentes bienes para numerosos clientes. Los modelos presentados incluyen el modelo básico, el modelo basado en inventario, el modelo basado en inventario de múltiples períodos y el modelo de logística inversa basado en inventario de múltiples períodos. La validación y aplicabilidad de los modelos propuestos se demostraron mediante su implementación en un estudio de caso real de la industria automotriz. Se utilizó el software LINGO 20.0 para resolver los modelos. Los resultados muestran que la incorporación de políticas de gestión de inventario en el modelo básico y la conversión de un modelo de logística inversa de un solo período a uno de múltiples períodos aumentará significativamente la rentabilidad de la empresa y la satisfacción del cliente.