La cuenca del río Amarillo (YRB) se erige como una de las cuencas fluviales más significativas de China, y el mantenimiento de su funcionalidad ecológica es de suma importancia para el bienestar nacional. La aglomeración urbana de Guanzhong (GPUA), situada en los tramos medios de la YRB, representa el centro neurálgico de las actividades humanas. La rápida expansión de las ciudades en esta región plantea desafíos formidables para el marco de seguridad ecológica de los tramos medios de la YRB, que son altamente sensibles. En este estudio, se empleó el método del coeficiente equivalente dinámico para evaluar los cambios en los Valores de Servicios Ecológicos (ESVs) dentro de la GPUA desde 1990 hasta 2020, así como los costos ecológicos incurridos debido a la expansión urbana. Los resultados indican lo siguiente: (1) En las últimas tres décadas, el patrón de uso del suelo dentro de la GPUA ha experimentado transformaciones significativas. El área designada para el desarrollo urbano se ha expandido en un factor de 1.16 en comparación con su extensión original, mientras que las áreas que comprenden bosques, arbustos, tierras agrícolas, pastizales, humedales y tierras desnudas han experimentado reducciones continuas. (2) El ESV del área de estudio muestra una tendencia a la baja inicialmente, seguida de un aumento posterior durante el período de 30 años. Los bosques desempeñan un papel predominante en la contribución al ESV de la GPUA, destacándose los servicios de regulación y los servicios de apoyo como las principales funciones del ecosistema. (3) La expansión de la GPUA entre 1990 y 2020 ha resultado en una pérdida neta de 3772.10 km2 de tierra ecológica. Los costos ecológicos asociados con la expansión urbana ascienden a asombrosos 2.54 mil millones de CNY, siendo los costos más altos atribuibles a la pérdida de servicios de regulación hidrológica y conservación del suelo; este problema requiere una atención significativa. Los resultados de esta investigación contribuyen a una mejor comprensión de los costos y beneficios ecológicos que acompañan el desarrollo de aglomeraciones urbanas en los tramos medios de la YRB. Además, proporcionan valiosas ideas para los responsables de la toma de decisiones que buscan implementar estrategias más efectivas para la gestión sostenible del uso del suelo.