El estrés por bajas temperaturas en primavera (LTS) se ha convertido en un factor limitante importante para el desarrollo de altos rendimientos, calidad y eficiencia en la producción de trigo. No solo afecta la función de las hojas de trigo y el desarrollo de las espigas, sino que también impacta la resistencia a la caída del tallo y puede aumentar el riesgo de caída del tallo. Este estudio realizó un experimento en campo para evaluar el efecto del modo de aplicación de fertilizante fosfatado en la resistencia a la caída del tallo de trigo bajo LTS en primavera. Se utilizaron dos variedades de trigo, Yannong19 (YN19, variedad tolerante al frío) y Xinmai26 (XM26, variedad sensible al frío) como material experimental. Se emplearon dos modelos de aplicación de fertilizante fosfatado, incluyendo la aplicación tradicional de fósforo (TPA) y la aplicación optimizada de fósforo (OPA). El tratamiento de temperatura se realizó a 15 grados C (CK) y -4 grados C (LT) en un fitotrón controlado. Nuestros resultados mostraron que el LTS en primavera disminuyó el grosor de la pared del tallo y la plenitud de los nudos, y alteró la estructura anatómica y la composición química del tallo, lo que resultó en una disminución de la resistencia mecánica del tallo de trigo y del índice de resistencia a la caída. En comparación con la TPA, la OPA aumentó el grosor de la pared del tallo y la plenitud de los nudos. El grosor de la capa de tejido mecánico del tallo y del tejido parenquimatoso, así como el área del haz vascular grande y pequeño, aumentaron con la OPA, lo que alivió el daño a las paredes celulares del tallo causado por el LTS en primavera. Al mismo tiempo, la OPA también aumentó los contenidos de lignina, celulosa y azúcares solubles, mejorando la relación C/N en el tallo de trigo. Debido a las características morfológicas mejoradas del tallo, la estructura anatómica y las composiciones químicas, el tallo de trigo mostró una mayor resistencia a la caída, lo que aumentó el índice de resistencia a la caída de los 2º y 3º nudos de YN19 y XM26 en un 27.27%, 11.63% y 14.15%, 15.73% en la etapa de llenado de granos en comparación con la TPA bajo LTS en primavera. Mientras tanto, la OPA no solo podría aliviar la pérdida de rendimiento causada por el LTS en primavera, sino también aumentar el rendimiento de granos sin LTS. Este estudio indicó que la OPA mejora la resistencia a la caída del tallo de trigo bajo LTS en primavera, y sería significativo y práctico para mejorar la resistencia del trigo al estrés por bajas temperaturas.