Este estudio investigó de manera integral los efectos sinérgicos y los mecanismos subyacentes de la gestión optimizada del agua y los fertilizantes en el rendimiento, la calidad y la resistencia a la lodging del arroz híbrido, a través de un experimento de campo de dos años. Dos variedades de arroz híbrido, Xinxiangliangyou 1751 (XXLY1751) y Yueliangyou Meixiang Xinzhan (YLYMXXZ), fueron sometidas a tres métodos de riego (W1: riego húmedo, W2: riego por inundación, W3: riego superficial-húmedo-seco) y cuatro tratamientos de fertilizante nitrogenado (F1 a F4 con tasas de aplicación de 0, 180, 225 y 270 kg ha, respectivamente). Nuestros resultados revelaron que el tratamiento W1F3 mejoró significativamente la eficiencia fotosintética y la acumulación de carbohidratos no estructurales (CNE), sentando una base sólida para un alto rendimiento y calidad. La acumulación de CNE no solo apoyó el crecimiento del arroz, sino que también influyó directamente en la síntesis de almidón y proteínas, asegurando un llenado de granos fluido y mejorando significativamente el rendimiento y la calidad. Además, el CNE fortaleció la plenitud y el grosor del tallo, convirtiéndolos en carbohidratos estructurales como la celulosa y la lignina, lo que aumentó sustancialmente la resistencia mecánica del tallo y la resistencia a la lodging. El análisis estadístico demostró que los tratamientos de agua y fertilizantes tuvieron efectos principales e interactivos significativos sobre la tasa fotosintética, la acumulación de materia seca, el rendimiento, los parámetros de calidad, el CNE, la celulosa, la lignina y la resistencia a la flexión del tallo. Este estudio revela la compleja relación entre la gestión del agua y los fertilizantes y la dinámica del CNE, proporcionando valiosos conocimientos teóricos y prácticos para el cultivo de arroz híbrido de alto rendimiento y alta calidad, contribuyendo significativamente al desarrollo sostenible de la agricultura moderna.