20世纪80年代后,国内消费升级和外需增长带动了我国制造业的发展,其总产值排名世界前列。但是,制造业仍旧存在着“大而不强、全而不精”的问题。现阶段,我国人口红利和自然资源的优势逐渐减少。同时,发展中国家和发达国家具有很大的产业竞争和技术锁定,使得我国制造业的升级面临着严峻的挑战。因此,我国制造业迫切需要依靠技术进步和创新实现升级。而生产性服务部门是制造业技术进步的重要支撑,其和制造业在空间上的聚集会降低交易成本、促进产业间的技术溢出,推动制造业升级。但是,资源有限性限制了某个空间承载各类产业中企业的数量。因此,多个产业的聚集对制造业升级的影响可能会因产业集聚度和城市规模有所不同。基于国内国外综合背景,本文首先从理论上分析,制造业和生产性服务业在空间上的协同集聚随着产业集聚度和城市规模的变化对制造业升级的具体作用机制。然后,测算出2009—2015年我国257个城市的产业集聚和协同集聚情况。最后,基于理论分析建立门槛模型,选取制造业区位熵、生产性服务业区位熵和城市规模作为门槛变量,并运用2009—2015年我国257个城市的数据实证检验制造业与生产性服务业协同集聚对制造业升级的影响。分析结果显示,协同集聚对制造业升级的影响随着产业集聚度和城市规模的变化而变化。产业集聚程度过小和过大均不利于制造业升级,城市规模过小也不利于制造业升级。具体表现为:当制造业区位熵小于1.2409或者大于1.2998时,协同集聚明显抑制制造业升级;当制造业区位熵大于1.2409小于1.2998时,作用不显著。当生产性服务业区位熵小于1.1989时或大于1.2303时,协同集聚显著抑制制造业升级;当生产性服务业区位熵大于1.1989小于1.2303时,协同集聚显著促进制造业升级。当城市规模小于288万人时,协同集聚程度的提高反而抑制制造业升级;当城市规模大于288万人时,协同集聚程度的提高不再抑制制造业升级。根据以上结果,我国要促进制造业升级,不同规模的城市应该合理地控制制造业集聚程度和生产性服务业的集聚程度,避免制造业与生产性服务业过度集聚造成的效率损失和恶性竞争。不同规模的城市应该根据自身的要素资源和市场容量充分发挥制造业与生产性服务业协同集聚带来的规模经济效应和知识溢出效应,进而促进制造业升级。