Al enfrentar los desafíos duales de la rápida urbanización y el cambio climático, aunque se ha investigado extensamente los factores que influyen en las emisiones de carbono urbanas y las estrategias prácticas relacionadas con la vitalidad urbana, la conexión mutua poco clara entre ellos y la estrategia de desarrollo para la optimización colaborativa requiere un análisis más profundo. Este estudio explora el delicado equilibrio entre la vitalidad urbana y la sostenibilidad baja en carbono dentro de los límites de la Quinta Circunvalación de Pekín. Al integrar OpenStreetMap, uso del suelo, población y datos de emisiones de carbono de edificios, hemos desarrollado un método reproducible para estimar las emisiones totales de carbono y la intensidad de emisiones. Además, hemos introducido datos del índice de vitalidad para distinguir la evaluación de vitalidad de terrenos residenciales y no residenciales y aplicamos tecnología de clasificación combinacional cruzada para descomponer la correlación espacial entre las emisiones de carbono urbanas y la vitalidad urbana. Los resultados revelan que las cuatro tipologías de combinación muestran diferencias y regularidades más significativas en terrenos residenciales. Basado en el descubrimiento de la correlación espacial, este estudio propone sugerencias de estrategias de desarrollo correspondientes para cada una de estas cuatro tipologías basadas en la ubicación geográfica y los requisitos de las políticas de desarrollo urbano. En conclusión, nuestro estudio destaca la importancia de integrar las emisiones de carbono y la vitalidad urbana de manera integral en la planificación urbana sostenible y propone que diversas combinaciones de uso del suelo necesitan estrategias de desarrollo específicas para lograr este objetivo, que deben considerar la población, la energía, las instalaciones de servicio y otros aspectos diversos.