La gran cantidad de aplicación de nitrógeno en la Llanura del Norte de China ha causado un impacto negativo grave en el desarrollo sostenible de la agricultura regional y la protección del medio ambiente ecológico. Nuestro objetivo fue explorar los efectos de la tasa de fertilización de nitrógeno y la profundidad del agua subterránea en los atributos de crecimiento, el contenido de agua y fertilizantes del suelo, y el rendimiento de trigo de invierno. Los experimentos se llevaron a cabo en microlisímetros a profundidades de agua subterránea de 60, 90, 120 y 150 cm sobre la base de tasas de fertilización de nitrógeno de 0, 150, 240 y 300 kg/ha en la temporada de crecimiento de trigo de invierno. Los resultados mostraron que la altura de la planta, el índice de área foliar, el desarrollo del análisis de la planta del suelo y el rendimiento sin aplicación de nitrógeno aumentaron significativamente con el aumento de la profundidad del agua subterránea. Las profundidades óptimas de agua subterránea para los atributos de crecimiento y el rendimiento fueron de 60-120 cm y tendieron a ser más superficiales con la aplicación de nitrógeno añadida. La humedad del suelo disminuyó significativamente con la profundidad del agua subterránea, la aplicación de nitrógeno redujo la humedad del suelo y la entrada excesiva de nitrógeno intensificó la sequía del suelo. La acumulación de nitrato-N en las profundidades de 120-150 cm fue significativamente mayor que en las profundidades de 60-90 cm, y un tratamiento de 300 kg/ha (tasa tradicional de aplicación de nitrógeno) fue 6,7 veces mayor que el tratamiento de 150 kg/ha y aumentó en un 74% más que el tratamiento de 240 kg/ha en la profundidad de 60-150 cm. En comparación con el rendimiento de la tasa de 300 kg/ha, el rendimiento de la tasa de 240 kg/ha no tuvo una diferencia significativa, pero el rendimiento aumentó en un 3,90% y un 11,09% en las profundidades de 120 cm y 150 cm. Los atributos de crecimiento y el rendimiento del trigo de invierno fueron mejores, y el contenido de nitrato-N en el suelo fue menor, cuando la tasa de aplicación de nitrógeno fue de 240 kg/ha. Por lo tanto, se puede concluir que la aplicación de nitrógeno se puede reducir en un 20% en la Llanura del Norte de China.