包头作为西部重工业城市，应大力促进产业系统的健康发展来实现其经济实力的提升。但是在当前的产业发展模式下，经济发展必然会给环境和资源造成很大的破坏，如不加以改变，包头的经济总量虽然会在短期内获得迅速提升，但必定在不久的将来面临更为严峻的生态挑战。因此，在产业升级过程中促进产业结构的高级化演变，改变当前低效率、高污染的产业结构，建立起既能提升经济实力，又能实现城市可持续发展的产业升级模式，才能从真正意义上把包头建成生态文明城市。本文以包头市为研究对象，首先在对国内外生态城市建设理论及产业升级理论进行评述的基础上，根据包头市1978-2013年GDP及其三次产业比重的变化，得出包头市产业结构正在逐渐从“二、三、一”向“三、二、一”转型；其次利用典型相关分析法分析产业结构变动对环境的影响，数据显示二者存在较强的相关关系，并且典型变量将环境质量指标中的废水排放量、废气排放量和二氧化硫排放量提取出来，典型载荷分别为-0.845、0.959和0.908，产业结构的解释变量为第二、第三产业比重，典型载荷分别为0.966、0.763。以上结果表明：包头市第二、第三产业对大气环境影响最大，对水环境影响次之，而且第二产业对二者的影响大于第三产业，对于比重较小的第一产业对大气环境和水环境的影响最小；再应用时间序列模型中的单整性检验和Granger检验来探究产业结构与生态环境之间的因果关系是否长期均衡稳定，同时构建产业结构的生态环境影响指数（IIISNE），数据计算结果显示：近20年IIISNE值一直维持在4.2以上，与此同时，包头市国内生产总值增加了35倍，说明产业结构整体对生态环境的干扰和影响程度偏高，包头市的社会经济快速发展是以生态环境的恶化为代价，表明了其经济发展的不可持续性，也促使包头在今后的生态城市建设中需要加快产业升级，改变以工业为主的发展模式，加快发展服务业，不断提高服务业比重。最后根据以上分析结果，结合包头市生态城市建设及目前的产业结构情况，提出包头市产业升级的目标及相关对策建议。