La soja forrajera (L.) con alto contenido de proteínas y rendimiento es un forraje popular en el noreste de China. La sequía estacional inhibe su crecimiento y desarrollo durante la etapa de plántula. El objetivo de este estudio fue observar los cambios morfo-fisiológicos en las plántulas de soja forrajera bajo tratamientos con melatonina (MT) e identificar la concentración adecuada para aliviar el daño por sequía. Dos variedades comúnmente utilizadas en el noreste de China fueron tratadas con 0, 50, 100 y 150 M de melatonina a un contenido de agua en el suelo del 30%. Los resultados indicaron que la aplicación de melatonina mejoró la altura, la biomasa y alteró la morfología de las raíces de las plántulas de soja forrajera en condiciones de escasez de agua. Los tratamientos con melatonina a diferentes concentraciones redujeron significativamente los contenidos de HO, O y MDA, mientras que aumentaron la capacidad del sistema de defensa antioxidante y el contenido de sustancias de ajuste osmótico. Mientras tanto, se observaron aumentos en la captura de energía luminosa y la eficiencia de transmisión. Además, el tratamiento con melatonina reguló los niveles de expresión de genes asociados con la fotosíntesis y el sistema de defensa antioxidante. Notablemente, el tratamiento con 100 M de melatonina produjo el efecto más favorable en todos los tratamientos bajo condiciones de sequía. Estos resultados de investigación proporcionan nueva información para mejorar la tolerancia a la sequía de la soja forrajera utilizando medidas químicas.