El desarrollo sostenible de la cuenca del río Amarillo (YRB) se considera una estrategia nacional para China. La literatura previa se ha centrado en la medición de la eficiencia verde del YRB, ignorando su proceso de evolución y mecanismo influyente. Este artículo intenta revelar la evolución espacio-temporal de la eficiencia verde y su mecanismo influyente en la región del YRB al proponer un novedoso modelo integrado DEA-Tobit para llenar el vacío. Basado en la trayectoria de desarrollo de la región del YRB, se adopta el modelo DEA de dos etapas y múltiples períodos para evaluar la eficiencia del desarrollo verde (GDE) desde dimensiones provinciales y urbanas. Además, se desarrolla el modelo Tobit de panel para investigar los factores influyentes de la GDE para la región del YRB. La GDE en la región del YRB muestra un estado desequilibrado donde la parte baja es la mejor, seguida de la parte media y la parte alta. El desarrollo desequilibrado también existe dentro de la provincia. Tanto la provincia de Henan como la de Shandong lograron el valor óptimo, mientras que las ciudades de estas dos provincias muestran una menor eficiencia verde. Los resultados también muestran que el desarrollo económico, la innovación tecnológica y la utilización de capital extranjero afectan positivamente la GDE de la región del YRB, mientras que la estructura industrial, los niveles de urbanización y la regulación ambiental tienen efectos negativos.