La rápida urbanización impulsa el cambio en la cobertura del suelo, afectando los ecosistemas urbanos e induciendo serios problemas ambientales. La región de estudio de Changchun, China, se dividió en tres categorías de urbanización según diferentes niveles de urbanización y las características de la expansión urbana, y se analizaron los cambios y relaciones entre los servicios ecosistémicos (SE) típicos bajo una rápida urbanización. Los resultados mostraron que Changchun ha experimentado una considerable expansión urbana desde 2000, lo que ha impactado significativamente todos los SE en términos de heterogeneidad espacial y temporal. La idoneidad del hábitat y el rendimiento de los cultivos tienen una capacidad de servicio relativamente más fuerte en el área de estudio. Desde la expansión de infraestructuras a gran escala, los valores medios de SE de las áreas urbanas desarrolladas son los más bajos entre las tres zonas, excepto por la retención de agua y la prevención de tormentas de arena en 2015, cuando el equilibrio entre todos los servicios disminuyó. En los últimos 16 años, la idoneidad del hábitat en las áreas urbanas en desarrollo ha disminuido en gran medida debido a la expansión urbana. Debido a la mejora en la ciencia y tecnología agrícola, el rendimiento de los cultivos en las tres regiones aumentó, mientras que el área de tierras cultivables se redujo de 1720 km2 a 1560 km2 (9.3%). Se detectaron sinergias entre la idoneidad del hábitat y el almacenamiento de carbono, así como entre la idoneidad del hábitat y la retención de suelo en las tres áreas. Se detectó un compromiso entre la idoneidad del hábitat y la retención de agua en las tres áreas. Las interacciones entre el rendimiento de los cultivos y el almacenamiento de carbono, la idoneidad del hábitat y la retención de suelo fueron más complejas en esta región de estudio. Además de la retención de agua, el índice de urbanización tiene una correlación negativa con los SE. Según los resultados, se propusieron algunas sugerencias para aliviar la pérdida de SE durante el proceso de rápida urbanización, que pueden guiar la planificación urbana científica para un desarrollo urbano sostenible.