Un ambiente térmico cómodo en espacios al aire libre es beneficioso para la salud física y mental de las personas en condiciones frías durante el invierno. La vegetación puede mejorar el confort térmico exterior (CTE) a través de microclimas en invierno. Se han empleado múltiples métodos para investigar cómo la vegetación influye en el CTE y el microclima. Sin embargo, el mecanismo subyacente de cómo el microclima participa en la regulación del efecto de la vegetación sobre el CTE no está claro. Para examinar el efecto mediador del microclima en la relación entre la vegetación y el CTE en clima frío durante el invierno, realizamos mediciones meteorológicas y encuestas de confort térmico en Zhengzhou, una ciudad en la región fría de China, del 29 al 30 de diciembre de 2019. Se extrajeron dos índices de vegetación objetivos desde diferentes dimensiones en doce puntos de muestreo: (1) el índice de vista verde (IVV) a partir de imágenes normales horizontales desde la perspectiva de las personas, y (2) el factor de vista de árboles (FVA) a partir de imágenes de ojo de pez verticales hacia arriba. Con los parámetros microclimáticos como mediadores, se llevó a cabo un análisis de mediación multi-paso integral. Los resultados de la regresión revelaron que el IVV y el FVA estaban negativamente asociados con la votación de confort térmico (VCT) (es decir, cuanto más verde, menor VCT, lo que significa que el ambiente térmico es más cómodo). Nuestros hallazgos muestran que tanto el IVV como el FVA contribuyen al CTE a través de diferentes mecanismos en condiciones climáticas frías durante el invierno. La vegetación a la vista revelada por el IVV puede regular directamente el CTE al afectar los sentimientos mentales de las personas u otros factores. La temperatura del aire (Ta), la humedad relativa (HR) y la velocidad del viento (Va) sirvieron como mediadores parciales significativos para el IVV. Además, hubo una mediación completa para la correlación FVA-CTE con Ta, HR y Va como mediadores significativos. Los efectos mediadores del microclima representaron el 81.00% para el IVV y el 89.02% para el FVA, respectivamente. El IVV es propicio para el estudio de la salud mental de las personas y las preferencias paisajísticas, mientras que el FVA es adecuado para estudios sobre adaptación al microclima.