El cultivo intercalado es un método de plantación tradicional y sostenible que puede hacer un uso racional de los recursos naturales como la luz, la temperatura, los fertilizantes, el agua y el CO. Debido a su eficiente utilización de recursos, el cultivo intercalado, en particular el cultivo intercalado de maíz y legumbres, es muy común en todo el mundo. Sin embargo, los detalles moleculares de estas vías siguen siendo en gran medida desconocidos. En este estudio, se compararon análisis fisiológicos, de transcriptoma y de proteoma entre el monocultivo de maíz y el cultivo intercalado de maíz y cacahuate. Los resultados muestran que un sistema de cultivo intercalado mejoró la capacidad de fijación de carbono y carboxilación de las hojas de maíz. El rendimiento cuántico aparente (AQY), la tasa fotosintética neta saturada por luz (LSPn), el punto de saturación de luz (LSP) y el punto de compensación de luz (LCP) aumentaron en un 11.6%, 9.4%, 8.9% y 32.1% en el sistema de cultivo intercalado, respectivamente; la eficiencia de carboxilación, el punto de saturación de CO (Cisat), la tasa máxima de carboxilación de Rubisco (Vcmax), la tasa máxima de transferencia de electrones (Jmax) y la tasa de utilización de fosfato de triosa (TPU) aumentaron en un 28.5%, 7.3%, 18.7%, 29.2% y 17.0%, respectivamente; mientras tanto, el punto de compensación de CO disminuyó en un 22.6%. Además, el análisis de transcriptoma confirmó la presencia de 588 genes expresados diferencialmente (DEGs), y los números de genes regulados al alza y a la baja fueron 383 y 205, respectivamente. Los DEGs estaban principalmente relacionados con ribosomas, transducción de señales de hormonas vegetales y fotosíntesis. Además, se identificaron 549 proteínas expresadas diferencialmente (DEPs) en las hojas de maíz en ambos sistemas, el monocultivo de maíz y el cultivo intercalado de maíz y cacahuate. El análisis bioinformático reveló que 186 DEPs estaban relacionadas con 37 vías KEGG específicas en cada uno de los dos grupos de tratamiento. Basado en los análisis fisiológicos, de transcriptoma y de proteoma, se demostró que las características fotosintéticas en las hojas de maíz pueden mejorarse mediante el cultivo intercalado de maíz y cacahuate. Esto puede estar relacionado con PS I, PS II, el complejo citocromo b6f, la ATP sintasa y la fijación de CO fotosintético, lo que es causado por la mejora en la eficiencia de carboxilación de CO. Nuestros resultados proporcionan una comprensión más profunda del mecanismo de alto rendimiento y alta eficiencia en el cultivo intercalado de maíz y cacahuate.