El calentamiento climático en curso plantea amenazas significativas a los ecosistemas forestales, particularmente en tierras secas. Aquí, evaluamos las respuestas complejas del crecimiento de los árboles al cambio climático a través de dos fases de calentamiento (1910-1940 y 1970-2000) del siglo XX en la Meseta de Loess de China. Para lograr esto, analizamos un conjunto de datos que abarca 53 cronologías de ancho de anillo extraídas de 13 especies de árboles diversas, lo que nos permitió discernir y caracterizar las tendencias predominantes en el crecimiento de los árboles durante estas fases de calentamiento. Se comparó la diferencia en los principales contribuyentes durante las dos fases de calentamiento para investigar la asociación del crecimiento de los árboles con los factores climáticos. Encontramos que la primera fase de calentamiento ejerció un efecto estimulante en el crecimiento de los árboles, con el calentamiento climático correlacionándose con tasas de crecimiento aumentadas. Sin embargo, un patrón contrastante emergió en la segunda fase, ya que las condiciones de sequía aceleradas se convirtieron en un factor limitante predominante, atenuando las tasas de crecimiento de los árboles. La respuesta del crecimiento de los árboles al clima cambió notablemente durante las dos fases de calentamiento. Inicialmente, la temperatura asumió un papel dominante en impulsar el crecimiento de los árboles durante la temporada de crecimiento de la primera fase de calentamiento. En cambio, la precipitación y el estrés por sequía se convirtieron en los principales factores que afectan el crecimiento de los árboles en la segunda fase. Este estrés por sequía se manifestó predominantemente durante las temporadas de crecimiento tempranas y tardías. Nuestros hallazgos confirman la transición discernible del crecimiento de los árboles inducido por el calentamiento en regiones limitadas por el agua y destacan la vulnerabilidad de los bosques de tierras secas a los crecientes desafíos duales del aumento del calentamiento y la sequía. Si la tendencia de calentamiento continúa sin cesar en la Meseta de Loess, se prevén resultados de mayor deterioro en el crecimiento de los árboles y tasas de mortalidad aumentadas. Se deberían fomentar algunas gestiones forestales adaptativas para mantener la integridad y la resiliencia de estos ecosistemas vitales en la Meseta de Loess y regiones similares.