Explorar medidas adecuadas de devolución de paja de maíz es esencial para el nuevo sistema de doble cultivo de maíz ( L.)-arroz ( L.) en la zona media del río Yangtsé en China, lo cual puede aumentar el rendimiento de los cultivos al mejorar la calidad del suelo. En este estudio, se evaluaron cuatro medidas de devolución de paja al investigar la densidad aparente del suelo (BD), la materia orgánica (OM), la comunidad microbiana y los nutrientes de 2016 a 2018. Las cuatro tratamientos de devolución de paja fueron los siguientes: (1) sin devolución de paja (CK), (2) solo paja de arroz incorporada al campo (MR), (3) tanto paja de maíz como de arroz incorporadas al campo (MR), y (4) paja de maíz acolchada y paja de arroz incorporada al campo (MR). En comparación con CK, los tratamientos de devolución de paja de dos temporadas cambiaron la composición de la comunidad microbiana del suelo, e incrementaron el carbono orgánico total del suelo (TOC) y el carbono orgánico disuelto (DOC), el carbono de la biomasa microbiana (MBC), el nitrógeno mineralizado (N), el fósforo disponible (P) y el potasio intercambiable (K) en la capa de suelo de 0-20 cm en un 3.6%, 63.4%, 38.8%, 12.4%, 39.7% y 21.6%, respectivamente, promediados en los tratamientos MR y MR. Además, MR y MR aumentaron el rendimiento anual en un 9.1% y 15.2% en 2017 y en un 11.7% y 12.9% en comparación con CK en 2018, respectivamente. MR mostró superioridad en la comunidad microbiana del suelo, actividades enzimáticas, DOC, MBC, N, P disponible y K intercambiable en contraste con MR. Concluimos que MR es la mejor medida para implementar la devolución de paja en sistemas de rotación de maíz-arroz.