Este estudio tuvo como objetivo evaluar sistemáticamente los efectos de diferentes tasas de aplicación de nitrógeno y prácticas de riego en el ahorro de agua y la mejora del rendimiento en la producción de trigo de invierno en la Llanura del Norte de China (NCP) utilizando un meta-análisis. Al cuantificar los impactos en el rendimiento de los cultivos, la eficiencia en el uso de nitrógeno (NUE) y la eficiencia en el uso del agua (WUE), la investigación proporciona una base científica para optimizar las prácticas de manejo en la producción de trigo de invierno en esta región. Se realizó una búsqueda exhaustiva de literatura en múltiples bases de datos, resultando en la inclusión de 94 estudios elegibles desde 2018 hasta 2023. Se empleó un modelo de efectos aleatorios para calcular los tamaños de efecto combinados, seguido de análisis de subgrupos y sensibilidad para investigar más a fondo la influencia de las tasas de aplicación de nitrógeno, los métodos de riego y las regiones de estudio en la eficiencia de producción de trigo de invierno. Los hallazgos revelan que el aumento de las tasas de aplicación de nitrógeno y la adopción de prácticas de riego deficitario mejoraron significativamente el rendimiento del trigo de invierno (tamaño de efecto combinado: 4.53 t·ha), NUE (43.29%) y WUE (0.013 t·ha·mm). El análisis de subgrupos elucidó aún más los roles críticos de las proporciones de aplicación de nitrógeno, los métodos de riego y las regiones de estudio en la determinación de la eficiencia de producción de trigo de invierno, mientras que el análisis de sensibilidad confirmó la solidez de estos hallazgos, ya que los tamaños de efecto agrupados disminuyeron en solo un 0.69% y aumentaron en un 0.61% después de excluir estudios de muestras pequeñas o altamente sesgados, respectivamente. El meta-análisis anterior no incorporó ensayos de campo a largo plazo; por lo tanto, se llevaron a cabo experimentos de campo de dos años con tratamientos de riego diseñados y fertilizantes orgánicos-inorgánicos, lo que proporcionó una validación adicional para el meta-análisis. En condiciones a corto plazo (excluyendo los efectos de CO), observamos que el fertilizante químico exhibió un efecto inhibitorio medible en la absorción de agua por los cultivos y se logró una gestión óptima de agua y fertilizante con una proporción de fertilizante inorgánico-orgánico de 7:3 combinada con 450 m·ha de riego. Este estudio demuestra la efectividad de optimizar la fertilización con nitrógeno y la gestión del riego para mejorar el rendimiento del trigo de invierno y la eficiencia en la utilización de recursos. Los hallazgos ofrecen información práctica para prácticas agrícolas sostenibles en la NCP y regiones similares, contribuyendo a mejorar la productividad de los cultivos y la conservación de recursos.