Aunque la aplicación de fertilizantes de nitrógeno (N) juega un papel esencial en la mejora de la productividad de los cultivos, una gestión inapropiada puede resultar en impactos negativos en el medio ambiente y la salud humana. Para romper este dilema, se llevó a cabo un experimento de campo de 12 años (2008-2019) con cinco tasas de aplicación de N en la Llanura del Norte de China (NCP) para evaluar los impactos integrados de la optimización de la gestión de N (Opt. N, 160 kg N ha en promedio) en el rendimiento agronómico, ambiental, de salud y económico de la producción de maíz de verano. A lo largo del estudio de 12 años, el tratamiento Opt. N logró el rendimiento promedio máximo de grano (10.6 Mg ha) y el rendimiento de proteína de grano (793 kg ha) entre los cinco tratamientos de N. Se aplicó la metodología de evaluación del ciclo de vida para determinar los impactos negativos en el medio ambiente y la salud humana, y ambos aumentaron con la tasa de N. En comparación con la tasa convencional de N de los agricultores (250 kg N ha), el tratamiento Opt. N redujo los potenciales de acidificación, eutrofización, calentamiento global y agotamiento de energía en un 29%, 42%, 35% y 18%, respectivamente, y redujo el impacto en la salud en un 32% por Mg de rendimiento de grano o rendimiento de proteína de grano producido. Tanto los tratamientos Opt. N como Opt. N*50-70% resultaron en alta rentabilidad privada (2038 USD ha), beneficio económico del ecosistema (1811 USD ha) y beneficio de compensación integrada (17,548 USD ha). Este estudio demuestra los beneficios potenciales de la optimización a largo plazo de la gestión de N para mantener altos rendimientos de maíz y calidad de grano, reducir varios impactos ambientales y de salud, y mejorar los beneficios económicos. Estos beneficios pueden ser aún mayores cuando el Opt. N se combina con prácticas avanzadas de gestión agronómica. Los resultados también sugieren que reducir la tasa óptima de N de 160 a 145 kg N ha es alcanzable para reducir aún más los impactos negativos mientras se mantiene una alta productividad de cultivos. En conclusión, optimizar la gestión de N es esencial para promover la producción sostenible de maíz de verano en la NCP.