La ocurrencia de escasez de agua y eventos hidrológicos extremos se está volviendo cada vez más frecuente en todo el mundo. El proceso de escorrentía fluvial, como un vínculo importante en el ciclo del agua de una cuenca, es un contenido esencial del estudio de los procesos hidrológicos en la cuenca. La vegetación es un factor influyente estrechamente relacionado con los procesos hidrológicos en una cuenca. Este artículo analiza cuantitativamente el impacto de la restauración de la vegetación y la variación climática en la escorrentía de la cuenca del río Luan desde 1982 hasta 2018. En primer lugar, se realizó un análisis de tendencias sobre la profundidad de escorrentía, la precipitación, el Índice de Vegetación Normalizado (NDVI) y la evaporación de referencia. Luego, se utilizaron el análisis de mutación de Mann-Kendall y el análisis de mutación de Pettitt para identificar el año de mutación de la escorrentía. Finalmente, se construyó un modelo de Budyko para analizar cuantitativamente el impacto de la vegetación y el cambio climático en la escorrentía del río Luan. Los resultados mostraron que: (1) La tasa de reducción de escorrentía del río Luan fue de 1.2437 mm/a. La precipitación estaba aumentando a una tasa de 0.6977 mm/a. La tasa de evaporación de referencia disminuyó a una tasa de 0.0977 mm/a. La tasa de crecimiento anual del parámetro de Budyko (n) fue de 0.0283. La tasa de crecimiento anual del NDVI fue de 0.0022. (2) El coeficiente de determinación en la ecuación funcional (a = 14.74, b = -3.4105) para el NDVI y el parámetro de Budyko (n) fue de 0.3297 (p < 0.01). (3) Las contribuciones de Pr, ET0, NDVI y (n) a la reducción del flujo fueron -17.49%, 1.46%, 35.25% y 80.78%, respectivamente. El aumento de la vegetación llevaría a una disminución de la escorrentía. Este estudio puede aclarar el impacto de la restauración de la vegetación en la seguridad de los recursos hídricos en la cuenca del río Luan.