(1) Antecedentes: El estrés térmico restringió de manera perjudicial el crecimiento económico en la producción de leche. En particular, el mecanismo de enfriamiento del sistema de aspersión redujo efectivamente tanto las temperaturas ambientales como las de la cáscara. Este estudio fue diseñado para investigar el mecanismo modulador subyacente de un sistema de enfriamiento automático en la mitigación del estrés térmico en vacas lecheras. (2) Métodos: Un total de 1208 vacas lecheras multíparas fue asignado aleatoriamente a seis establos, tres de los cuales estaban equipados con aspersores automáticos (SP), mientras que los otros tres fueron considerados como controles (CON). Cada establo fue considerado un replicado. (3) Resultados: Las temperaturas corporales y los recuentos de células somáticas en la leche disminuyeron significativamente, mientras que el DMI, la producción de leche y el contenido de grasa en la leche aumentaron significativamente bajo el tratamiento con SP. La fermentabilidad del rumen se mejoró, evidenciada por los niveles aumentados de VFA totales, acetato, propionato y butirato después del tratamiento con SP. Los resultados de la microbiota del rumen mostraron las abundancias relativas de bacterias degradadoras de fibra, que aumentaron significativamente después de recibir el tratamiento con SP. (4) Conclusiones: Este estudio demostró que el SP alivió efectivamente el estrés térmico y mejoró el rendimiento productivo y la calidad de la leche mediante la modulación de la composición de la microbiota del rumen y la función de fermentación de las vacas lecheras.