Las ciudades de bajo carbono tienen como objetivo minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero en el contexto del cambio climático durante el proceso de urbanización. Mantener estas ciudades a una escala física adecuada ha demostrado contribuir a la reducción de carbono. Por lo tanto, este estudio amplió la definición de la escala de la ciudad a un marco integrado con tres dimensiones: el área de terreno construido, la población y la economía. El terreno de construcción urbana de 258 ciudades en China durante 2012 a 2019 se dividió en sectores comercial, industrial, residencial y de tráfico, y se calcularon las emisiones de carbono para cada uno. La relación de regresión entre las emisiones de carbono y la escala urbana revelada por el análisis de datos de panel mostró las siguientes conclusiones: (1) las emisiones de carbono se concentraron en el norte de China, en las ciudades capitales provinciales y en los municipios directamente bajo el gobierno central durante el período de investigación, y el sector industrial fue la principal fuente de emisiones, representando más del 85% del total de emisiones. (2) Las emisiones de carbono por unidad de terreno disminuyeron con el aumento de la escala del terreno, independientemente del tipo de uso del suelo. La tasa de crecimiento de las emisiones de carbono fue más lenta que la de la población, y las ciudades también se volvieron más eficientes a medida que se expandía su escala económica. (3) En comparación con las ciudades pequeñas, las grandes se beneficiaron más del aumento de las áreas de terreno comercial y de tráfico, mientras que las emisiones industriales por necesidades de producción mostraron características de aglomeración significativas. En general, la planificación de bajo carbono debería centrarse en el papel impulsor de las ciudades capitales provinciales, ya que las grandes ciudades tienden a ser más eficientes, y desarrollar también el potencial de reducción de emisiones de las principales ciudades industriales.