El estrés térmico (ET) reduce significativamente el rendimiento de la leche y causa pérdidas económicas sustanciales en las vacas lecheras. Se utilizaron proteomas basados en TMT y un enfoque de metabolómica no dirigida para llevar a cabo la proteómica y metabolómica en Holstein chino sometido a estrés térmico (ET, n = 6) y resistente al calor (RC, n = 6). La proteómica mostró que 29 proteínas expresadas diferencialmente (PED), con SERPINA3-7, ACTN4 y PLOD1 reguladas al alza, y GSN regulada a la baja en las vacas RC. La metabolómica mostró que se identificaron 168 metabolitos positivos diferenciales y 170 metabolitos negativos diferenciales, con las vacas RC exhibiendo niveles más bajos de compuestos antiinflamatorios, como N6-Acetil-L-lisina. Además, 29 PED y 338 metabolitos revelaron cuatro vías clave, incluyendo la degradación de lisina (ko00310) y la vía metabólica (ko01100) con interacciones subyacentes entre proteínas y metabolitos, donde se observaron interacciones entre PLOD1 y ACTN4 reguladas al alza y EXT1 y GSN reguladas a la baja con N6-Acetil-L-lisina, ácido cítrico, ácido 4-piridóxico, uracilo y ácido úrico regulados a la baja, y el ácido araquidónico regulado al alza se enriqueció, lo que podría utilizarse para el cribado rápido y no invasivo de vacas tolerantes al calor. La validación funcional a través de experimentos celulares, qPCR y análisis de Western blot mostró que la interferencia del gen podría inducir apoptosis en las células epiteliales mamarias de las vacas lecheras, lo que podría considerarse un biomarcador potencial para el ET en Holstein chino. Nuestros resultados facilitan una mejor comprensión del mecanismo molecular subyacente al problema del ET en las vacas lecheras y proporcionan una visión crucial sobre las estrategias alternativas para mejorar el bienestar animal y la productividad en condiciones de alta temperatura.