Como una de las áreas de producción de trigo más importantes en China, el trigo es propenso al estrés térmico durante el período de llenado de granos en la Llanura Huang-Huai-Hai (3HP), lo que reduce los rendimientos y degrada la calidad del grano de trigo. Para evaluar los efectos de la aplicación de fosfato de dihidrógeno de potasio (KHPO) en los rasgos fisiológicos de las hojas bandera y el rendimiento (GY) y calidad del grano bajo estrés térmico durante el período de llenado, realizamos un experimento de campo de dos años en las temporadas de cultivo de trigo de invierno de 2020 a 2022. En este estudio, se diseñaron tratamientos de aplicación de agua combinados con estrés térmico (HT), 0.3% KHPO (KDP) y 0.3% KHPO combinado con estrés térmico (PHT), y se utilizó solo agua como control (CK). Las fechas de aplicación fueron el tercer y el undécimo día después de la anthesis, y se utilizó un invernadero de plástico para imponer estrés térmico a las plantas de trigo durante el período de llenado de granos. Los resultados mostraron que la aplicación de KHPO mejoró significativamente el contenido de clorofila y la tasa de fotosíntesis neta (Pn) en las hojas bandera en comparación con los tratamientos no tratados. En comparación con CK, la Pn en HT disminuyó en un 8.97% después del estrés térmico, mientras que la Pn en PHT disminuyó en un 7.44% en comparación con la de KDP. Las actividades de la superóxido dismutasa, catalasa y peroxidasa en las hojas bandera se redujeron significativamente cuando el trigo fue sometido a estrés térmico, mientras que el contenido de malondialdehído aumentó, y las actividades enzimáticas se mejoraron significativamente cuando se aplicó KHPO. El estrés térmico disminuyó significativamente la tasa de contribución de la acumulación de materia seca (DM) después de la anthesis del trigo al grano (CRAA), mientras que la aplicación de KHPO aumentó significativamente la CRAA y el índice de cosecha. Al momento de la madurez, la DM en CK fue significativamente mayor que en HT, KDP fue significativamente mayor que PHT, y KDP tuvo la mayor DM. En comparación con CK, el GY en KDP aumentó significativamente en un 9.85% durante los dos años, mientras que el GY en HT disminuyó en un 11.44% en comparación con CK, y el GY en PHT disminuyó en un 6.31% en comparación con KDP. La aplicación de KHPO después de la anthesis ayudó principalmente al GY al mantener un alto peso de mil granos para reducir los efectos negativos del estrés térmico en el trigo. Además, el estrés térmico redujo significativamente la concentración de proteínas, el contenido de gluten húmedo, el tiempo de desarrollo de la masa y el índice de dureza en los granos de madurez, mientras que la aplicación de KHPO mantuvo una calidad de grano suficiente bajo las condiciones de lograr mayores rendimientos. En general, la aplicación de KHPO después de la anthesis podría mejorar la resistencia al estrés térmico del trigo y mantener la capacidad fotosintética de las hojas bandera, asegurando la producción de materia seca y reduciendo los efectos negativos en el rendimiento y la calidad del grano en el 3HP.