El maíz forrajero es uno de los cultivos de alimentación más importantes para la producción ganadera, y se cultiva principalmente en el noroeste de China. Sin embargo, su crecimiento suele estar afectado por la limitada disponibilidad de agua en el suelo debido al clima árido. Para proporcionar más humedad al suelo, se requirió una técnica de labranza de alta eficiencia para que los cultivos utilicen de manera efectiva la humedad del suelo en capas profundas. La labranza rotativa vertical profunda es una opción prometedora para este propósito. En este estudio, se llevó a cabo un experimento de campo a largo plazo (2020-2022) que consistió en tres tratamientos, es decir, labranza tradicional (TT), labranza rotativa profunda (DT) y labranza rotativa vertical profunda (VRT), en áreas semiáridas de la Meseta de Loess, noroeste de China, para investigar los efectos de VRT en el almacenamiento de agua en el suelo (SWS), la evapotranspiración de cultivos de fase (ET) durante los períodos pre y post floración, la acumulación de materia seca, los rendimientos de grano y la eficiencia en el uso del agua (WUE) del maíz forrajero. Los resultados mostraron que VRT mejoró significativamente la absorción de la humedad del suelo de capas profundas, especialmente en años secos. Durante el período prefloración de un año seco (2020), VRT disminuyó el SWS en un 7.6%-10.0% en la capa de 60-180 cm, y en un 17.6%-18.5% en la capa de 180-300 cm, respectivamente, en comparación con DT y TT. Como resultado, VRT aumentó la ET durante el período prefloración en un 6.1% y 9.2%, respectivamente. En años húmedos (2021 y 2022), VRT aumentó la ET total en un 2.0%-7.9% en 2021, y en un 10.1%-14.9% en 2022, respectivamente. En promedio, VRT aumentó el peso de la materia seca por planta en un 1.0%-7.8%, los rendimientos de grano en un 2.4%-38.6%, los rendimientos de biomasa en un 3.4%-16.2%, y el WUE en un 10.1%-30.0%, respectivamente. En particular, el beneficio de VRT para aumentar los rendimientos y el WUE fue más notable en años secos. Se puede concluir que VRT es una técnica de labranza tolerante a la sequía y que aumenta los rendimientos, adecuada para el maíz forrajero de secano en áreas semiáridas de la Meseta de Loess, noroeste de China.