El objetivo de este estudio fue evaluar los impactos del nitrógeno en las características fisiológicas del sistema fuente-sumidero de las ramas superiores de fructificación bajo diferentes cantidades de fertilización con nitrógeno. Se realizó un experimento de campo de dos años con una variedad de algodón Bt en la cuenca del río Amarillo de China. Se compararon el crecimiento y rendimiento del algodón de las ramas superiores de fructificación bajo cuatro niveles de nitrógeno: Control (N0, 0 kg/ha), bajo nitrógeno (N1, 120 kg/ha), nitrógeno moderado (N2, 240 kg/ha) y alto nitrógeno (N3, 480 kg/ha). Los resultados indicaron que en las hojas subtendentes de las ramas superiores de fructificación, el contenido de clorofila, contenido de proteína y la actividad de peroxidasa (POD) aumentaron drásticamente con la aplicación de nitrógeno, alcanzando el máximo bajo el tratamiento de nitrógeno moderado. Los caracteres fisiológicos en las semillas tuvieron las mismas tendencias que en las hojas subtendentes. Además, la tasa de nitrógeno moderado (240 kg/ha) tuvo un rendimiento y calidad favorables. Nuestros resultados respaldaron que una tasa de nitrógeno moderado (240 kg/ha) podría coordinar el crecimiento fuente-sumidero del algodón en la etapa tardía, mejorar el rendimiento y la calidad de la fibra, y disminuir el costo del fertilizante en la cuenca del río Amarillo de China y otras áreas ecológicas similares.