La nueva urbanización es un proceso dinámico compuesto por numerosos elementos y múltiples subsistemas. La coordinación y coherencia de varios subsistemas son críticas para promover la integración urbano-rural y el desarrollo sinérgico regional, y tendrán un impacto complicado en el desarrollo sostenible en el equilibrio entre el crecimiento socioeconómico y la conservación ambiental. Este artículo teorizó la relación de coordinación de acoplamiento interconectada y mutuamente influyente entre la urbanización de población-tierra-economía (PLEU) y el mecanismo por el cual esta relación afecta las emisiones de carbono urbanas. Se utilizaron la Red Neuronal Wavelet (WNN), el modelo de Grado de Coordinación de Acoplamiento y el modelo econométrico para revelar esta relación y mecanismo. Un total de 17 ciudades en la provincia de Shandong, China, fueron utilizadas como sujetos de estudio para un examen empírico. Los resultados muestran que el nivel de PLEU en Shandong mejoró significativamente de 2007 a 2016, pero la brecha entre las ciudades tendió a expandirse aún más. Las 17 ciudades gradualmente se deshicieron del problema de desorden antagónico de la relación de coordinación de acoplamiento de PLEU de 2007 a 2016, mostrando espacialmente características de aglomeración con Qingdao y Jinan como núcleos, respectivamente. La influencia del grado de coordinación de acoplamiento de PLEU sobre las emisiones de carbono urbanas presenta una característica en forma de U invertida, es decir, las emisiones totales de carbono urbanas aumentarán primero y luego disminuirán a medida que mejore la relación de coordinación de acoplamiento de PLEU. La nueva urbanización de China ha proporcionado una solución eficiente para el desarrollo sostenible, a saber, la planificación y el diseño a nivel estratégico más alto para establecer objetivos científicos. Esta estrategia de nueva urbanización podría proporcionar una alternativa efectiva para otros países emergentes en todo el mundo, para abordar los desafíos del desarrollo sostenible.