El cambio climático tendrá un impacto significativo en la productividad agrícola. El arroz es uno de los principales granos en el mundo, la estabilidad de su producción y suministro está directamente relacionada con la seguridad alimentaria global. Basándonos en datos de observación de campo de 2000 a 2012 y en un modelo de cultivo de arroz CERES-Rice orientado a procesos biofísicos en tres sitios típicos, investigamos los efectos de la mejora de cultivares, diferentes fechas de trasplante y sus interacciones en el potencial de rendimiento del arroz en las principales áreas de producción de arroz en China. Los sistemas de siembra de arroz se optimizaron con una combinación óptima de variedades y fechas de trasplante, y se evaluó su adaptabilidad bajo condiciones climáticas futuras (proyecciones climáticas de cinco modelos climáticos globales bajo cuatro escenarios típicos de concentración). Los resultados mostraron que la mejora de cultivares podría aumentar el potencial de rendimiento del arroz en un 18,0-41,4%. La fecha de trasplante adecuada podría aumentar el potencial de rendimiento del arroz existente en un 1,9-6,7%. El adelanto en la fecha de trasplante combinado con la aplicación de cultivares de alto rendimiento prolongaría el período de crecimiento del arroz e incrementaría el potencial de rendimiento del arroz en un 26,3-51,8%. Una combinación efectiva de la fecha de trasplante y el cultivar es un enfoque eficiente para aumentar el potencial de rendimiento del arroz. Los resultados proporcionaron una referencia importante y una opción para la gestión científica y el aumento del rendimiento del arroz en China.