La aplicación combinada de estiércol y fertilizantes químicos ha sido reconocida como un factor crítico que impulsa cambios significativos en el rendimiento de los cultivos y la eficiencia en el uso de nutrientes, con el potencial de optimizar la gestión agrícola para lograr altos rendimientos. En este estudio de 40 años, investigamos el efecto de la enmienda con estiércol en los rendimientos de soja y maíz, las eficiencias en el uso de agua y nitrógeno (WUE y NUE), y el almacenamiento de agua y nitrógeno mineral a profundidades de suelo de 0-100 cm desde 2017 hasta 2018 para explorar la optimización de las estrategias de manejo de fertilización para la producción de soja y maíz en el noreste de China. Para elucidar el impacto de los fertilizantes químicos y el estiércol, se seleccionaron y estudiaron doce tratamientos: control (CK); fertilizante de N solo a una tasa baja (N) y a una tasa alta (N); fertilizante de N, fósforo (P) y potasio (K) (NPK); estiércol solo a 13.5 y 27 t ha (M y M); y aquellos combinados con fertilizante de N, P o K (MN, MN, y MNPK y MN, MN, y MNPK). Los resultados mostraron que la enmienda a largo plazo con estiércol aumentó significativamente la biomasa y el rendimiento de los cultivos en el sistema de rotación soja-maíz-maíz. La combinación con estiércol aumentó la WUE, la productividad parcial del fertilizante de N (PFP) y la eficiencia fisiológica del N (PE) tanto en las temporadas de soja como de maíz; conservó agua en el suelo (principalmente a 40-60 cm); y aumentó la retención de N en el suelo (en la capa superior de 60 cm), lo que redujo el riesgo de lixiviación de N, observándose un mejor efecto después de la aplicación de 13.5 t ha de estiércol. Estos resultados proporcionan información sobre el potencial de utilizar estrategias de manejo de fertilización que incluyan la enmienda con 13.5 t ha de estiércol en combinación con fertilizante de N, P y K en la temporada de maíz y solo fertilizante químico en la temporada de soja, ya que estos resultados indican que tales estrategias pueden lograr altos rendimientos y ser utilizadas para implementar un desarrollo agrícola sostenible en regiones de suelo marrón en el noreste de China.