La rápida urbanización en la cuenca del río Songhua (SRB), una barrera ecológica crucial en China y el noreste de Asia, ha llevado a la degradación de las funciones de los servicios ecosistémicos y a una disminución de su valor, lo que representa una amenaza significativa para la seguridad ecológica regional. Aclarar la compleja relación de coordinación de acoplamiento entre la urbanización y los servicios ecosistémicos (ES) e identificar la heterogeneidad espaciotemporal de sus interacciones facilitará el desarrollo de alta calidad y coordinado de la urbanización y los ES en la SRB. Este estudio empleó un enfoque sistémico, tratando la urbanización y los ES como sistemas generales y delineando diferentes aspectos de la urbanización y las funciones de los servicios ecosistémicos como subsistemas dentro de estos sistemas. Se revelaron las características espaciotemporales de la urbanización y el valor de los servicios ecosistémicos (ESV) en la SRB desde 1985 hasta 2021. La relación de coordinación de acoplamiento y la heterogeneidad espaciotemporal de las interacciones entre la urbanización y los ES en la SRB, tanto a nivel de sistema como de subsistema, se analizaron utilizando el modelo de grado de coordinación de acoplamiento (CCD) y el modelo de regresión geográficamente ponderada espaciotemporal (GTWR). Los hallazgos indicaron que durante el período de estudio: (1) El índice de urbanización de la SRB aumentó de 0.09 a 0.34, mientras que el ESV experimentó una disminución de 2091.42 x 107 CNY a 2002.44 x 107 CNY. (2) El grado de coordinación de acoplamiento (CCD) entre la urbanización y los ES en la SRB, tanto a nivel de sistema como de subsistema, aumentó significativamente, pasando generalmente de una etapa moderadamente desequilibrada a una etapa básicamente equilibrada. Las áreas con altos valores de CCD se distribuyeron principalmente en áreas de función ecológica y áreas urbanizadas de bajo nivel, mientras que las áreas con bajos valores de CCD se distribuyeron principalmente en áreas de degradación ecológica de pastizales, áreas ecológicamente frágiles, ciudades industriales antiguas dependientes de recursos y áreas altamente urbanizadas. (3) Los subsistemas de urbanización tuvieron un impacto negativo general sobre los ES, con tendencias variables, pero el patrón de distribución espacial de las interacciones se mantuvo relativamente estable. Por el contrario, los subsistemas de ES mostraron todos una tendencia de inicialmente fortalecer y luego debilitar sus impactos negativos sobre la urbanización, y el patrón de distribución espacial estuvo altamente correlacionado con el patrón de distribución espacial del ESV en la SRB.