En las cuencas fluviales interiores áridas, las zonas de generación de escorrentía aguas arriba contribuyen con la mayoría de los recursos hídricos de la cuenca. El calentamiento global y los cambios en el uso del suelo producirán impactos inciertos en las variaciones de escorrentía en las cabeceras de los ríos interiores en regiones áridas. Comprender profundamente los mecanismos de respuesta de la escorrentía a los cambios climáticos y de uso del suelo es fundamental para desarrollar científicamente la planificación de la utilización de recursos hídricos de la cuenca y lograr un desarrollo socioeconómico y ecológico sostenible. Al integrar datos meteorológicos, datos hidrológicos y datos de teledetección de múltiples fuentes, este estudio evalúa sistemáticamente los factores que influyen en los cambios en los procesos hidrológicos de la cuenca. Los resultados muestran: (1) De 1976 a 2016, la escorrentía del río Xiying mostró una ligera tendencia al aumento, con un incremento de 0.213 mm por década. (2) A escala interanual, la escorrentía está influenciada principalmente por los cambios en la precipitación, con una tendencia a debilitar aún más los efectos del deshielo de hielo y nieve. (3) Los tipos de uso del suelo en la cuenca del río Xiying son predominantemente tierras forestales, pastizales y tierras no utilizadas. Con el aumento de las tierras forestales y cultivadas y la disminución de las áreas de pastizales y tierras de construcción, la capacidad de conservación de agua de la cuenca ha mejorado significativamente.