Mejorar la irrigación y la aplicación de fertilizantes nitrogenados se ha convertido en una estrategia vital para garantizar la seguridad alimentaria ante el crecimiento de la población y la escasez de recursos. Se llevó a cabo un experimento de 2 años para investigar los efectos de diferentes límites inferiores de irrigación y cantidades de aplicación de fertilizantes nitrogenados en el crecimiento, rendimiento, eficiencia en el uso del agua (EUA), utilización de nitrógeno y acumulación de nitrógeno inorgánico en el suelo en 2021 y 2022. El experimento se diseñó con cuatro límites inferiores de irrigación, correspondientes al 50%, 60%, 70% y 80% de la capacidad de campo (CC), denominados I, I, I e I. También se incluyeron cuatro aplicaciones de fertilizantes nitrogenados: 0, 50, 100 y 150 kg·hm (designados como F, F, F y F), resultando en un total de 16 tratamientos. Se establecieron ecuaciones de regresión cuadrática binaria para optimizar la irrigación y la aplicación de nitrógeno. Los resultados demostraron que la altura de la planta, el diámetro del tallo, el índice de área foliar, la biomasa aérea, el rendimiento, el diámetro de la espiga, la longitud de la espiga, el peso de la espiga, la EUA y la eficiencia agronómica del nitrógeno para el mijo inicialmente aumentaron antes de disminuir posteriormente a medida que aumentaron el límite inferior de irrigación y la aplicación de fertilizantes nitrogenados. Sus valores máximos se observaron en el IF. Sin embargo, la productividad parcial del nitrógeno (PFPN) mostró un declive gradual con el aumento de la aplicación de nitrógeno, alcanzando su punto máximo en F. Además, la PFPN mostró un patrón de aumento inicial seguido de una disminución con el aumento de los límites inferiores de irrigación. La acumulación de NO-N y NH-N en la capa de suelo de 0 a 60 cm aumentó con el incremento de la aplicación de fertilizantes nitrogenados en ambos años, mientras que tendió a disminuir a medida que aumentaba el límite inferior de irrigación. Se recomendó un límite inferior de irrigación óptimo del 64% al 74% de CC y una aplicación de fertilizantes nitrogenados de 80 a 100 kg ha para el mijo, basado en la ecuación de regresión. Los hallazgos de este estudio ofrecen una base teórica y orientación técnica para desarrollar un sistema de riego por goteo y aplicación de fertilizantes para el cultivo de mijo en el noreste de China.