Mejorar la eficiencia en el uso del agua (WUE) de los cultivos es la forma más efectiva de aumentar los rendimientos en regiones semiáridas. Se llevó a cabo una investigación de campo basada en un experimento a largo plazo iniciado en 2001, con el objetivo de explorar los mecanismos de los diferentes efectos de las prácticas de labranza en el rendimiento de grano y WUE del trigo de primavera. Las prácticas de labranza en la investigación incluyeron labranza convencional (CT), cero labranza sin acolchado de paja (NT), labranza convencional con incorporación de paja (TS) y cero labranza con acolchado de paja (NTS). Se observaron los efectos de las prácticas de labranza en las propiedades físicas y químicas del suelo, la acumulación de materia seca, el rendimiento de grano, la dinámica de sustancias relacionadas con el estrés y WUE. Las muestras de suelo y planta en esta investigación fueron recolectadas en 2020 (año húmedo), 2021 (año seco) y 2022 (año seco). Los resultados indicaron que NTS mejoró las propiedades físicas y químicas del suelo. El tratamiento NTS tuvo la menor densidad del suelo y pH y el más alto N total, NO-N y P disponible. Durante toda la etapa de crecimiento, el contenido de agua en el suelo en los tratamientos NTS y TS fue significativamente mayor que el de CT en un 8.77-20.40% y 2.19-18.83%, respectivamente. La catalasa (CAT), peroxidasa (POD) y proteína soluble promediadas en los tres años con NTS y TS aumentaron significativamente en un 1.26-25.52% en comparación con CT. Mientras tanto, el tratamiento NTS tuvo el contenido más bajo de malondialdehído (MDA) entre las diferentes prácticas de labranza. NTS mantuvo la mayor acumulación de materia seca durante toda la etapa de crecimiento entre los diferentes tratamientos; aumentó en un 10.47-73.33% en comparación con CT. Los rendimientos promedio de grano y WUE de NTS en los tres años fueron un 6.09-30.70% y un 6.79-40.55% más altos que otras prácticas de labranza, respectivamente. Se concluye que NTS influye en la acumulación de materia seca y la eficiencia en el uso del agua durante toda la etapa de crecimiento del trigo de primavera al mejorar las propiedades fisicoquímicas del suelo y modular las sustancias relacionadas con el estrés del trigo de primavera, lo que a su vez promueve la formación de rendimiento.