La caracterización de la descomposición de la paja y la liberación resultante de carbono (C) y nitrógeno (N) es crucial para comprender los efectos de los diferentes métodos de devolución de paja en la inmovilización y ciclo del carbono orgánico del suelo (SOC) y del nitrógeno total del suelo (STN). En 2017-2018, se llevó a cabo un experimento de microparcelas en el campo en el noreste de China para investigar los efectos de diferentes enfoques de devolución de paja en la descomposición de la paja, la liberación de C, la liberación de N, SOC, STN y la relación C-N del suelo. Se aplicaron seis tratamientos de devolución de paja: paja mezclada con suelo (SM) y paja enterrada en el suelo (SB) a profundidades de suelo de 10 (O), 30 (T) y 50 cm (F). Los resultados indican que la proporción de descomposición de la paja (SD), la liberación de C y la liberación de N en SM + O fueron mayores que en SM + T y SM + F. Además, las concentraciones de SOC y STN y la relación C-N del suelo fueron significativamente mejoradas por SM/B + O en las capas de suelo de 0-20 cm, SM/B + T en la capa de suelo de 20-30 cm y SM/B + F en las capas de suelo de 40-60 cm. En el perfil del suelo de 0-50 cm, las mayores existencias de SOC se obtuvieron utilizando SB + T. Las existencias de STN también se vieron afectadas significativamente por la profundidad de devolución de la paja, pero el efecto fue inconsistente entre los dos años. SD tuvo una relación positiva con SOC y STN en las capas de suelo de 0-20 cm; por el contrario, estaban relacionadas negativamente en las capas de suelo de 30-60 cm. Los resultados de este estudio sugieren que enterrar la paja en el suelo a una profundidad que no exceda los 30 cm podría ser un enfoque óptimo de devolución de paja en el noreste de China.