建设统一大市场是构建新发展格局的基础支撑和内在要求。国家层面的城市群发展规划有利于提升区域市场一体化水平和资源配置能力，为企业合作创新奠定了良好的基础。文章以2015年以来国务院先后批复实施的十个国家级城市群发展规划为研究背景，利用双重机器学习方法和中国企业专利申请数据识别城市群发展带来的市场一体化效应对企业合作创新的影响。实证结果显示：城市群发展规划实施后，同一城市群内城市对的企业合作创新水平和创新质量得到了显著提高，市场一体化对企业合作创新具有明显的促进效应。异质性分析显示：由于产权性质和行业特征的不同，市场一体化对企业异地创新合作的影响在国内企业组别中更为明显，外资企业与国内企业的异地合作还有待提升。路径检验表明：国家级城市群规划实施能够通过协调城市间利益目标、减少产业同质化竞争等路径促进企业开展创新合作。机制分析显示：中心城市引导能够进一步强化国家级城市群建设对企业异地合作创新的促进效应。基于实证结果，文章提出了应充分利用城市群发展机遇、大力促进企业开展异地合作创新、加强市场整合、降低企业合作成本等政策建议。