El cambio climático amenaza seriamente la producción global de cultivos. Sin embargo, hay pocos informes sobre el rendimiento de los cultivos en campo y los componentes del rendimiento basados en condiciones climáticas diferentes a largo plazo. Los objetivos de este estudio fueron identificar y comparar las diferencias en el rendimiento de los cultivos y los componentes del rendimiento en labranza a largo plazo y devolución de paja bajo diferentes regiones climáticas. La labranza convencional (CT) y la labranza rotativa (RT) en combinación con la no devolución de paja y la devolución de toda la paja (S) se llevaron a cabo bajo un sistema de cultivo de trigo ( L.)-maíz ( L.) en regiones frescas-húmedas y cálidas-secas de 2010 a 2019. Hipotetizamos que la labranza adecuada a largo plazo bajo regiones cálidas-secas o frescas-húmedas puede aumentar el rendimiento y los componentes del trigo y el maíz, y la temperatura y la precipitación tuvieron efectos significativos en el rendimiento de los cultivos y los componentes del rendimiento. La labranza convencional con devolución de paja (CTS) en la región cálida-seca y la labranza rotativa con devolución de paja (RTS) en la región fresca-húmeda pueden aumentar el rendimiento y los componentes del rendimiento del trigo y el maíz, respectivamente, en comparación con CT. La estabilidad del rendimiento del trigo fue mayor que la del maíz bajo las dos condiciones climáticas. En comparación con las prácticas de labranza, los efectos de los sitios experimentales y la devolución de paja en el rendimiento de los cultivos y los componentes del rendimiento fueron más notables. La combinación de la temperatura media, la precipitación anual y los componentes del rendimiento explicaron el 75% y el 100% de la variabilidad en el rendimiento del trigo y el rendimiento del maíz, respectivamente. El peso de mil granos fue el factor clave en la regulación del rendimiento del trigo, y el número de granos fue el factor clave en la regulación del rendimiento del maíz. En conclusión, la combinación de la labranza rotativa en regiones frescas-húmedas o la labranza convencional en regiones cálidas-secas con devolución de paja es una buena técnica para aumentar la seguridad de los cultivos.