En las últimas tres décadas, el Delta del Río Yangtsé ha experimentado un fenómeno de urbanización rápida, lo que ha resultado en una expansión urbana pronunciada que ha impactado significativamente el desarrollo sostenible regional y la calidad del aire. Este estudio construye un índice de expansión urbana basado en datos de luz nocturna que abarcan de 2000 a 2020 y emplea análisis espaciotemporales exploratorios, modelos de datos de panel y modelos econométricos espaciales para examinar la evolución de la expansión urbana y sus efectos en las concentraciones de PM2.5. Los resultados revelan cuatro hallazgos clave: (1) La expansión urbana es espacialmente heterogénea, exhibiendo un patrón de "alto en el centro-este, bajo en el noroeste", con una expansión de alta intensidad que se extiende desde la región central hacia el noroeste y suroeste; (2) El patrón de crecimiento dominante se caracteriza por una expansión relativamente rápida. El índice global de Moran I fluctúa entre 0.428 y 0.214, lo que indica un declive gradual en el efecto de agrupamiento global de la expansión urbana. Mientras tanto, la participación de las zonas de alta alta aglomeración local disminuye al 21.9%, mientras que las zonas de baja baja aumentan al 24.3%; (3) Las transiciones espaciotemporales de la expansión urbana muestran una fuerte dependencia espacial, mientras que la reubicación general exhibe inercia; (4) Antes de la implementación de las Diez Medidas Clave para la Prevención y Control de la Contaminación del Aire en 2013, la expansión urbana intensificó significativamente la contaminación por PM2.5. Tras la política, esta relación se invirtió notablemente, con la expansión mostrando efectos mitigadores de la contaminación en ciertas regiones. La difusión espacial de la contaminación es evidente, ya que la expansión urbana influye en la calidad del aire a través del desarrollo local y las interacciones interregionales. Este estudio proporciona un análisis en profundidad de la evolución espaciotemporal de la expansión urbana y establece un marco para examinar los mecanismos interactivos entre la expansión urbana y la contaminación del aire, ampliando así las perspectivas sobre la investigación de la contaminación atmosférica y ofreciendo orientación científica y política para el uso sostenible del suelo y la gestión de la calidad del aire en el Delta del Río Yangtsé.