El uso intensivo de aguas subterráneas y fertilizantes nitrogenados ha provocado graves impactos negativos en el medio ambiente de la Llanura del Norte de China (NCP). La huella hídrica es un enfoque emergente para evaluar el uso de agua consumible y los impactos ambientales en los sistemas de trigo de invierno-maíz de verano. Se realizó un experimento de rotación de siete años para recopilar datos sobre la respuesta del crecimiento del trigo y el maíz a las tasas de nitrógeno y los horarios de riego, y para explorar cómo se veía afectada la huella hídrica, utilizando los modelos de cultivo de trigo y maíz DSSAT 4.6. Los resultados mostraron que el aumento de los insumos agrícolas contribuyó en gran medida al aumento de la huella hídrica, principalmente a través de la huella hídrica gris. Las huellas hídricas del maíz y del trigo fueron más sensibles a la tasa de nitrógeno y al riego, respectivamente. Un riego de 160 mm produjo una huella hídrica total mínima y un mayor rendimiento para el trigo. La huella hídrica gris del maíz aumentó linealmente cuando la tasa de nitrógeno aplicada al maíz superó los 60 kg/ha. El riego de ahorro de agua con 300 kg/ha de nitrógeno puede mantener un mayor rendimiento de grano y tener poco impacto en el medio ambiente. El enfoque utilizado y los resultados pueden ayudar a desarrollar estrategias de gestión para mantener altos rendimientos mientras se minimiza la huella hídrica en la NCP.