El calentamiento global y la urbanización han exacerbado el efecto de isla de calor urbano (UHI), amenazando los asentamientos humanos y la salud pública. Los estudios existentes se han centrado principalmente en analizar las características del entorno térmico urbano a lo largo del año o en estaciones específicas; sin embargo, la investigación que examina el entorno térmico urbano en diferentes etapas dentro de una estación es escasa. Este estudio empleó la clasificación de Zonas Climáticas Locales (LCZ) y se centró en Shenyang, una ciudad representativa en las regiones de frío severo de China. Basado en mediciones de campo y datos meteorológicos de múltiples fuentes, investigamos las diferencias en el entorno térmico a través de siete LCZ durante el verano y en diferentes etapas del verano. Los resultados muestran que el efecto UHI en Shenyang se intensificó significativamente durante la noche y se debilitó durante el día. Las LCZ de tipo construido 2 y 4 exhibieron las intensidades de isla de calor urbano nocturnas más altas (UHIIs), con valores máximos de 7.6 grados C y 5.4 grados C, respectivamente. La duración del efecto de isla de frío urbano durante el día en las LCZ de tipo construido aumentó significativamente a mediados y finales del verano. La LCZ de tipo cobertura terrestre A exhibió el efecto de isla de frío urbano solo durante el día a lo largo del verano. El UHII se mantuvo relativamente estable en todas las LCZ durante mediados del verano. Este estudio proporciona apoyo empírico para desarrollar estrategias de mitigación de riesgos de calor dirigidas a ciudades en regiones de frío severo.