项目围绕持续提高旱作农业区降水保蓄率、利用率、水分利用效率和效益等重大关键技术难点，在主要类型旱作农业区开展了为期15年的联合攻关和集成应用，取得了重大创新和突破。
　　（1）首次探明了旱作区农田降水转化定量关系和作物耗水结构特征，揭示了土壤储水供水特性、作物水分适应性、水碳氮关系等对提高降水利用的作用机理，创建了以降水生产潜力开发为重点的旱作农业决策支持系统。
　　（2）重点突破了旱作农业“集、蓄、保、提”共性关键技术，创造性地研制出春玉米秋覆膜和秸秆还田秋施肥、冬小麦培肥聚墒丰产等“秋（夏）储冬保春用”核心技术，以及春玉米机械化集雨保墒和冬小麦高留茬少耕全程覆盖等高效轻简技术，使旱作农田降水利用率最高达到74.9%，旱作春玉米和冬小麦水分利用效率最高分别达到1.83千克/(毫米·亩)和1.62千克/(毫米·亩)，均高于国外水平。
　　（3）系统集成了与降水特点相吻合的半湿润偏旱区稳粮增效循环农林牧综合、半干旱区增粮提效防蚀林粮复合、半干旱偏旱区防蚀稳产增益农牧结合、西南季节性干旱区增产增效集雨补灌等技术体系与模式，并在试验区普遍应用，平均降水利用率由项目实施前的57%提高到68%，作物水分利用效率由0.67千克/(毫米·亩)提高到1.35千克/(毫米·亩)，水土流失降低了40%以上，实现了粮食产量、农民收入和可持续发展水平的同步提高。
　　本成果为《全国旱作节水农业发展建设规划（2008—2015 年）》和《关于推进农田节水工作的意见》等规划编制和实施提供了科学依据和技术支撑。2009—2011年，关键技术和技术体系在旱作区的8个主要省（市、自治区）累计应用2.13亿亩，新增粮食99.5亿千克，新增产值200.3亿元，经济、社会和生态效益巨大。总体达到国际先进水平，部分达到国际领先水平。