Comprender la respuesta del sorgo al estrés hídrico en diferentes etapas de desarrollo es importante para desarrollar variedades de sorgo con una mayor tolerancia a la sequía. Este estudio se propuso caracterizar finamente las respuestas agrofisiológicas clave y el uso del agua del sorgo sometido a diferentes escenarios de sequía. Se llevó a cabo un experimento en invernadero utilizando una instalación DroughtSpotter que permite la cuantificación en tiempo real del uso del agua mediante seguimiento gravimétrico. Se evaluaron cuatro tratamientos de agua diferentes: (i) estrés hídrico temprano en la etapa vegetativa (DS1), (ii) DS1 más recuperación (DS1R), (iii) estrés hídrico tardío en la etapa vegetativa (DS2) y (iv) bien regado (WW). Se registraron datos de fenomorfología de las plantas y rendimiento. La fluorescencia foliar y la fotosíntesis se registraron continuamente durante todo el experimento. Nuestros resultados mostraron que el número de hojas verdes y el área foliar de la planta se vieron más afectados por DS2 que por DS1 y retrasaron la floración de la planta. Sin embargo, las plantas en DS2 fueron más altas y produjeron mayor biomasa de tallos y hojas en comparación con DS1. No se registraron diferencias significativas en el rendimiento de grano entre DS1 y DS2, pero fueron superados por DS1R y WW. Las tasas de transpiración y fotosíntesis mostraron disminuciones al mismo tiempo que la conductancia estomática. Esto puede ser asimilado a una regulación a la baja de los estomas limitando la captación de CO. Sin embargo, el aumento en la concentración de CO intercelular probablemente indica la presencia de CO en la cavidad subestomática que no se transportó a los sitios de carboxilación. Esto sugiere una limitación no estomática de la fotosíntesis. Además, las plantas se recuperaron bastante bien de DS1, y esto fue más prominente para los parámetros fisiológicos que para los morfológicos. Globalmente, la eficiencia en el uso del agua (WUE) para DS2 fue mayor en comparación con los tratamientos WW y DS1, confirmando la diferenciación del punto de crecimiento como una etapa crítica donde se debe evitar el estrés por sequía para garantizar el rendimiento y una mejor WUE. Las respuestas de adaptación estuvieron relacionadas con la reducción de la transpiración a través de la reducción del área foliar de la planta, la reducción de la conductancia estomática y el aumento del CO intercelular limitando la fotosíntesis. Se necesitan estudios adicionales centrados en los biomarcadores de estrés y análisis transcriptómicos para proporcionar una mayor comprensión de los mecanismos de adaptación a la sequía de esta línea.