20世纪90年代以来，世界经济逐渐由工业经济向知识经济转变，创新成为经济增长、产业发展以及提高竞争力的主要动力。21世纪初的经济危机迫使发达国家持续创新以优化产业，促进经济长期增长。而发展中国家本身就面临技术追赶与创新，产业升级和经济发展的问题。当前，技术创新和产业升级问题引起了广泛关注和研究。本文以技术创新理论和产业升级理论作为研究基础，分析和揭示技术创新促进产业升级的内在机理。借助OECD数据库中1990-2006年美国、德国、日本的制造业和服务业研发投入以及其附加值对经济的贡献率等经济指标，初步归纳出三个国家各自的产业升级路径，进而分析不同的产业升级路径对技术创新能力的不同要求，并以此探讨出适合中国产业的升级路径。由于中国区域异质性显著，难以国家整体层面上借鉴三国的产业升级经验，本文建立了中国东部、中部、西部、东北四大区域的技术创新能力指标评价体系，采用因子分析方法从技术创新支撑能力、投入能力、产出能力、吸收扩散能力以及产业化能力等方面构建了区域技术创新能力评价模型，通过得分排名分析中国四大区域的技术创新异质性情况，由此判断东部地区应以转移的产业升级路径为主，东北部地区应以产业深化的路径为主，中西部地区应转移和深化并存的路径。最后，联系美、德、日三国的产业升级经验以及我国东部、东北部以及中西部的实际情况，本文给出如下政策建议：四大区域均需加大自主创新力度；不应盲目追求科研投入，中西部地区只有将创新支撑环境建设好才能更好地实现产业升级；不应盲目推进制造业向服务业的转移，应充分发挥地区优势；产业转移要稳步推进，防范移出地产业空心化风险。