Метельчатая гортензия считается морозостойкой, но при ?20 °C её корни и побеги могут пострадать — например, если куст неправильно обрезан, посажен в неподходящем месте или ослаблен после пересадки. Крупнолистной гортензии защита нужна обязательно: она хуже переносит морозы. Древовидная гортензия обычно обходится минимальным укрытием. Утеплять кусты рекомендуется с наступлением отрицательных температур. Сроки зависят от региона: на Урале укрытие готовят с начала октября, в Сибири — в первой половине месяца, в Ленинградской области — к середине октября, а в средней полосе — с конца октября до начала ноября. Крупнолистную гортензию начинают готовить к зиме ранней осенью: убирают нижние листья и прекращают полив, чтобы побеги успели одревеснеть. Перед первыми заморозками удаляют остальные листья, сохраняя верхушечные — они защищают цветочные почки. Перед зимовкой кусты подкармливают фосфорно-калийными удобрениями. Метельчатую гортензию обрезают, подкармливают и обрабатывают бордоской жидкостью. Для защиты используют прикопку, укрытие дышащим материалом или мульчирование корневой зоны. В суровом климате мульчу делают из сфагнума, торфа или древесной стружки, побеги обвязывают спанбондом и дополнительно укутывают мешковиной. В Ленинградской области метельчатая гортензия может зимовать под снегом, а крупнолистной требуется более плотное укрытие. В средней полосе оба вида способны перенести зиму при правильно подобранной защите, но крупнолистную укрывают особенно тщательно. На Урале растения утепляют надёжно. В Сибири мульчируют корни и укрывают побеги метельчатой гортензии; крупнолистную, как и особенно ценные сорта, на зиму помещают в подвал. Зимостойкие сорта позволяют выращивать гортензии в открытом грунте и в холодных регионах.
