La tolerancia a la siembra profunda (DST) es una característica clave para la germinación en campo de las semillas de sorgo, especialmente en regiones áridas y semiáridas. Sin embargo, los mecanismos de la DST son poco comprendidos en el sorgo. En este estudio, comparamos dos líneas de sorgo con tolerancia contrastante a la siembra profunda en cuanto a cambios morfológicos, bioquímicos y citológicos durante la germinación desde un suelo profundo (15 cm). La línea tolerante a la siembra profunda (DT) (Daluochui) mostró un 79% de establecimiento de plántulas (SE), mientras que la línea sensible a la siembra profunda (DS) (Xiaobailiang) no mostró plántulas establecidas a los 7 días después de la siembra. La elongación del mesocotilo es un cambio morfológico clave que explica la diferencia en el establecimiento de plántulas entre DT y DS. La elongación del mesocotilo en DT se estableció conjuntamente por la división y expansión celular. Los niveles de etileno, auxina y espermidina fueron notablemente más altos en DT que en DS y también fueron respaldados por la actividad enzimática y qPCR, lo que indica que las fitohormonas juegan un papel importante en la emergencia de semillas desde suelos profundos. Además, la actividad de alfa-amilasa, el azúcar soluble y los contenidos de ATP en DT fueron notablemente más altos que en DS, lo que sugiere que hubo un mejor suministro de energía en DT durante la emergencia de siembra profunda. Las actividades de endo-1,4-beta-xilanasa y endo-beta-mananasa, así como la expresión de los genes correspondientes, fueron más altas en DT que en DS. Este estudio identificó posibles factores regulatorios clave que pueden controlar la DST del sorgo y el potencial de rendimiento, proporcionando así nuevas perspectivas sobre el mecanismo molecular de la DST del sorgo.