El arroz (L.), un cultivo básico clave a nivel mundial, requiere una gestión optimizada de nitrógeno (N) y agua para lograr una producción sostenible en condiciones de limitación hídrica, minimizando al mismo tiempo la contaminación ambiental. Mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) bajo disponibilidad limitada de agua es esencial para la producción sostenible de arroz. Este estudio investigó los efectos combinados de la gestión de agua por alternancia de humedecimiento y secado (AWD) y el fertilizante de liberación lenta (SRF) en la fotosíntesis de NUE y el crecimiento en dos cultivares de arroz: Samgwang (SG) y Milyang#360 (ML). Las características de crecimiento, incluyendo la biomasa de tallo y grano, mejoraron significativamente bajo AWD, especialmente cuando se combinó con SRF en el cultivar SG. La tasa fotosintética (Pn) fue más alta en SG bajo el tratamiento SRF + AWD. El análisis de expresión génica reveló que AWD y SRF modulan la expresión de genes relacionados con la absorción y asimilación de nitrógeno de manera específica para cada genotipo. El contenido total de nitrógeno (N), NUE y la eficiencia de absorción de nitrógeno (NUpE) fueron más altos bajo el tratamiento SRF + AWD. Además, el tratamiento SRF + AWD promovió la acumulación de carbohidratos en las raíces, lo que podría mejorar la absorción de nutrientes en condiciones de limitación hídrica. Estos hallazgos destacan la aplicación combinada de SRF + AWD como una estrategia sinérgica y sensible al genotipo que mejora la NUE y el rendimiento del cultivo, al tiempo que conserva los recursos hídricos y de nitrógeno. Nuestro estudio proporciona una base práctica para integrar la gestión del agua y del nitrógeno para mejorar la eficiencia de los recursos y la sostenibilidad en el cultivo de arroz.