La biodiversidad juega un papel crucial en la conducción de múltiples funciones ecosistémicas en los pastizales templados. Sin embargo, nuestra comprensión de cómo la biodiversidad regula los impactos de los procesos de desertificación en la multifuncionalidad del ecosistema (EMF) sigue siendo limitada. En este estudio, investigamos la diversidad de plantas, la diversidad microbiana del suelo (diversidad de hongos, bacterias, arqueas y hongos micorrízicos arbusculares (AMF)), las propiedades del suelo (contenido de agua en el suelo, pH y contenido de arcilla en el suelo) y múltiples funciones ecosistémicas (mineralización de N en el suelo, actividad de fosfatasa en el suelo, tasa de infección por AMF, biomasa microbiana, biomasa de plantas y C y nutrientes del suelo (N, P, K, Ca, Fe, Na, Cu, Mg y Mn)) en seis intensidades diferentes de desertificación de pastizales. Se utilizó el modelo de bosque aleatorio para evaluar la importancia de las propiedades del suelo, la diversidad de plantas y la diversidad microbiana del suelo en la conducción de EMF. Además, se empleó un modelo de ecuaciones estructurales (SEM) para analizar los impactos indirectos y directos de estos predictores en EMF. Nuestro estudio mostró que la diversidad de plantas, bacterias del suelo, hongos y arqueas disminuyó gradualmente con el aumento de la intensidad de la desertificación. Sin embargo, solo se encontró que la diversidad de AMF era menos sensible a la desertificación. De manera similar, EMF también mostró un declive significativo con el aumento de la desertificación. Es importante destacar que tanto la diversidad de plantas como la diversidad microbiana del suelo estaban asociadas positivamente con EMF durante los procesos de desertificación. El modelo de bosque aleatorio y el SEM revelaron que tanto la diversidad de plantas como la diversidad microbiana del suelo fueron identificadas como predictores importantes y directos de EMF durante los procesos de desertificación. Esto resalta la influencia primaria de la biodiversidad tanto por encima como por debajo del suelo en la co-regulación de la respuesta de EMF a la desertificación de pastizales. Estos hallazgos tienen importantes implicaciones para la restauración ecosistémica planificada y la gestión sostenible de los pastizales.