La innovación disruptiva y la innovación incremental tienen diferentes impactos en el desarrollo económico. Para el desarrollo regional, es importante encontrar un equilibrio en la innovación dual, que implica una coordinación efectiva en la asignación de recursos de innovación y la gestión de riesgos. Sin embargo, se ha prestado poca atención a la relación espacial y los mecanismos de diferenciación entre la innovación disruptiva y la innovación incremental. Por lo tanto, nuestra investigación toma como ejemplos las tres principales aglomeraciones urbanas de China, con el objetivo de explorar la evolución del patrón espacio-temporal, los factores influyentes, la relación espacial y los patrones organizativos espaciales de la innovación disruptiva y la innovación incremental desde 2000 hasta 2021. La investigación encontró que la distribución espacial de la innovación dual urbana está afectada por la ley de la disminución de la distancia, y la distribución espacial de la innovación incremental es más policéntrica que la de la innovación disruptiva. En términos del mecanismo de diferenciación, la innovación disruptiva está más afectada por la atmósfera de innovación, mientras que la innovación incremental es más propensa a verse afectada por la base económica y el entorno construido. Nuestra investigación complementa efectivamente las deficiencias en la investigación de la relación espacial de la innovación disruptiva y la innovación incremental y proporciona referencias para la formulación de políticas de innovación.