El estrés por frío es un factor ambiental que amenaza gravemente el crecimiento y la homeostasis intestinal en los pollitos de engorde. El experimento actual tuvo como objetivo investigar los efectos de la suplementación combinada con butirato de sodio y vitamina D3 sobre el rendimiento de crecimiento y la salud intestinal de los pollitos jóvenes bajo estrés por frío. Los resultados indicaron que la dieta con butirato de sodio y vitamina D3 podría aliviar la reducción del ADG, disminuir el nivel de endotoxinas en suero y la expresión del gen IL-1beta en el íleon, aumentar la expresión de los genes IL-10 y Nrf2, y regular la composición de la microbiota intestinal en comparación con las aves estresadas por frío. En conclusión, la dieta con butirato de sodio y vitamina D3 mitigó los efectos negativos del estrés por frío en el rendimiento de crecimiento y los intestinos al fortalecer la función de barrera intestinal y regular el equilibrio de la microbiota intestinal en los pollitos de engorde. Los hallazgos de estos resultados proporcionan una estrategia dietética efectiva para combatir el estrés por frío en la avicultura de engorde.