El objetivo de este estudio fue evaluar los efectos de la suplementación con -citrulina antes del ejercicio en el rendimiento atlético de caballos de carreras de velocidad durante un ejercicio de alta intensidad. En el día 20 del experimento, se recolectaron muestras de sangre a las 3 h y 6 h post-suplementación para medir las concentraciones de aminoácidos y poliaminas. En el día 38 del experimento, los caballos participaron en una carrera de velocidad de 2000 m, y se recogieron tres muestras de sangre distintas para evaluar los gases en sangre, los parámetros hematológicos, la bioquímica plasmática, los parámetros antioxidantes y las concentraciones de NO. Los resultados indican que el grupo de -citrulina mostró un aumento significativo en las concentraciones plasmáticas de citrulina y arginina. Por el contrario, las concentraciones de alanina, serina y treonina disminuyeron significativamente. La concentración de glicina disminuyó significativamente, mientras que hubo una tendencia hacia un aumento en la concentración de glutamina. Además, los niveles de putrescina y espermidina en el plasma del grupo de -citrulina aumentaron significativamente. En términos de rendimiento en el ejercicio, la -citrulina puede mejorar el rendimiento en el ejercicio de los caballos deportivos, reducir significativamente los niveles de lactato inmediatos post-carrera en los caballos y acelerar la recuperación de los niveles de gases en sangre después del ejercicio. Además, en el grupo de caballos de -citrulina, los niveles de la proteína total del plasma, la superóxido dismutasa, la catalasa y la lactato deshidrogenasa aumentaron significativamente tanto 2 h antes como 2 h después de la carrera. La capacidad antioxidante total mostró un aumento altamente significativo, mientras que el contenido de malondialdehído disminuyó significativamente. En el período inmediato post-carrera, el contenido de creatinina en el grupo de -citrulina aumentó significativamente. En conclusión, este estudio demuestra que la suplementación con -citrulina puede influir en las concentraciones circulantes de -citrulina y arginina en los caballos, mejorar la capacidad antioxidante, reducir los niveles de lactato y mejorar los parámetros fisiológicos y bioquímicos en sangre, teniendo así un efecto beneficioso en el rendimiento en el ejercicio de los caballos atléticos.