Explorar el efecto de la nueva urbanización (NTU) en la reducción de carbono urbano tiene una gran importancia práctica para promover la construcción urbana verde y hacer frente al desafío del cambio climático global. Este estudio utilizó datos de 250 ciudades en China desde 2008 hasta 2020 y construyó un sistema de indicadores de evaluación de NTU desde cinco dimensiones. Utilizamos modelos de regresión de panel clásicos para examinar los efectos de NTU en las emisiones de CO2 urbano, y además utilizamos modelos econométricos espaciales de SEM, SAR y SDM para identificar los efectos de derrame espacial de NTU sobre las emisiones de CO2 urbano. Los principales resultados son que la NTU y las emisiones de CO2 en China están en general en aumento, y la NTU tiene un efecto significativamente negativo en las emisiones de CO2 urbano, con un coeficiente de impacto de -0.9339; las conclusiones se mantienen después de pruebas de robustez posteriores. El análisis de heterogeneidad revela que el efecto de reducción de carbono de la NTU es más pronunciado en ciudades basadas en recursos, áreas industriales antiguas y ciudades con niveles de urbanización más bajos y niveles de innovación más altos. El análisis de mecanismos muestra que mejorar la innovación tecnológica urbana y optimizar la asignación de recursos son caminos importantes para lograr la reducción de emisiones de CO2 urbano. El efecto de la NTU sobre las emisiones de CO2 urbano tiene un notable derrame espacial. Nuestros hallazgos proporcionan a los responsables de políticas un sólido apoyo para impulsar un desarrollo urbano de alta calidad y objetivos de carbono dual.