Los modelos de cultivos son importantes para comprender y regular los agroecosistemas. Aunque el modelo CERES-Trigo es una herramienta importante para la investigación de trigo de invierno, tiene algunas limitaciones bajo condiciones de estrés hídrico. Para reducir la brecha, este estudio tuvo como objetivo mejorar el rendimiento del modelo CERES-Trigo bajo estrés hídrico en regiones áridas y semiáridas basándose en los datos experimentales de trigo de invierno de 2012 a 2014. Las ecuaciones de Priestley-Taylor (PT) y FAO56 Penman-Monteith (PM) se utilizaron para calcular la evapotranspiración de referencia del cultivo y modificar aún más el coeficiente del cultivo del modelo de trigo CERES para mejorar la precisión de la simulación del rendimiento del cultivo y la evapotranspiración bajo condiciones de estrés hídrico. Los resultados mostraron que: el estrés hídrico antes de la unión afectó seriamente la precisión del modelo CERES-Trigo en la simulación de biomasa y rendimiento de grano, por lo que era necesario mejorar el modelo original. En los modelos originales y mejorados, la precisión de la ecuación PM fue menor que la de PT. Además, la precisión de la simulación del modelo mejorado fue mayor que la del modelo original (el promedio y son inferiores al 30%). En general, entre los cuatro escenarios, la ecuación PT para calcular la evapotranspiración de referencia del cultivo y el coeficiente del cultivo tuvo el mejor rendimiento. El estrés hídrico ocurrió en las etapas de espigado y llenado de grano, y la biomasa simulada coincidió bien con los resultados observados, lo que mejoró la simulación del contenido de agua del suelo bajo estrés hídrico en las etapas de crecimiento posteriores. Por lo tanto, el cambio en la función de respuesta al estrés hídrico tuvo efectos positivos en el crecimiento del trigo de invierno bajo condiciones de estrés hídrico simulado. Este estudio proporcionó una referencia para aplicar el modelo CERES-Trigo en áreas áridas y semiáridas.