La soja es uno de los cultivos de oleaginosas más importantes a nivel mundial. La fertilización restringe severamente el potencial de rendimiento de la soja en las regiones áridas del noroeste de China. Se realizó un experimento de campo de dos años para investigar los efectos de la fertilización en el rendimiento de la soja en áreas áridas bajo un sistema de riego por goteo. El tratamiento consistió en 14 combinaciones de fertilizantes que comprendían cuatro dosis de nitrógeno (N) (0, 225, 450 y 675 kg/ha), fósforo (P) (0, 135, 270 y 405 kg/ha) y potasio (K) (0, 75, 150 y 225 kg/ha). Los resultados revelaron que el rendimiento de grano fue más sensible al fertilizante de N que a los fertilizantes de P y K. Los fertilizantes de P y K influenciaron el índice de cosecha y la biomasa, respectivamente. La combinación optimizada de fertilizantes para un alto rendimiento, así como rasgos biológicos y de calidad, se obtuvo mediante análisis de regresión polinómica cuadrática. Los rendimientos teóricos de grano basados en los cálculos estadísticos realizados y la biomasa de las plantas fueron mayores a 7.21 toneladas/ha y 16.38 toneladas/ha con 300,000 plantas/ha y se obtuvieron bajo una combinación de fertilización de 411.62-418.39 kg/ha de N, 153.97-251.03 kg/ha de P2O5 y 117.77-144.73 kg/ha de K2O. Por lo tanto, nuestros hallazgos servirán como una guía para una aplicación efectiva de fertilizantes con el fin de lograr un equilibrio entre el rendimiento de grano y la biomasa de las plantas, así como para contribuir a la promoción del cultivo a gran escala de soja bajo riego por goteo.