El nitrógeno (N) y la irrigación con agua son dos factores vitales que influyen en la sostenibilidad agrícola en varias regiones de todo el mundo, como la Llanura del Norte de China (NCP). Explorar la aplicación óptima de N y los métodos de irrigación eficientes en agua es necesario para lograr mayores beneficios de productividad de los cultivos y aumentar la eficiencia de los insumos (N y agua) en la producción de trigo de invierno (L.) en la NCP. Por esta razón, realizamos un experimento de campo de dos años con cuatro tasas de aplicación de N que interactúan con tres métodos de irrigación para examinar los efectos de la fertilización con N y la irrigación eficiente en agua sobre el rendimiento de grano, la producción de biomasa, los beneficios económicos y las eficiencias de uso de N y agua del trigo de invierno en la NCP. La tasa óptima de fertilización con N fue de ~200 kg N ha, logrando un alto rendimiento de grano de trigo de invierno (~6000 kg ha). Con esta dosis de N, el agricultor local también logró el mayor beneficio económico neto debido al aumento en el rendimiento de grano, que estuvo acompañado de una irrigación más eficiente en agua. La eficiencia de recuperación de N, la eficiencia agronómica y la productividad parcial del trigo disminuyeron bruscamente con la tasa de aplicación de N. La eficiencia de uso del agua aumentó significativamente a través de la irrigación por goteo y la irrigación por aspersión. Considerando la productividad del trigo, las eficiencias de los insumos (N y agua) y el rendimiento económico, la irrigación eficiente en agua acompañada de una tasa de aplicación de N de 200 kg N ha es óptima para lograr altos retornos económicos para los agricultores locales en la NCP.