武帝后期，聚居在现今青海省境内的羌族，经常向内地侵扰，攻城略地。匈奴也想联合羌人共同侵扰汉朝。面对这种形势，武帝曾提出要斩断匈奴右臂，指的正是这种联合，但派去的士兵也为羌人所败。这时，羌入又逐渐向湟水以北移动，找寻农民弃耕的地方去放牧。同时羌人各部落也有联合一致的趋向，郡县官吏也禁止不了。这时匈奴又想勾结羌人，以扩大对汉西部的侵扰。汉朝派往浩窖(今青海省大通河东岸)的军队，被羌人打败，损失甚众。神爵元年(公元前61年)，赵充国年逾七十，仍督兵西陲，挫败羌人进犯。回来以后，三向朝廷上书，详细分析了形势，建议防事变于未然，提出了“以兵屯田”的主张，得到宣帝的赞赏。宣帝因他年老，问他：“派谁去带兵最合适呢?”他回答得很痛快：“再没有比老臣更合适的人选了。”又问：“需要多少人马？”答“百闻不如一见。臣愿立刻去金城(今兰州附近)测看地形，写出方案来。陛下把此事交给我办好了。”他就领骑兵不满万人，迅速出师，巧渡黄河，立稳阵脚，作好战斗准备。到达湟水岸边，羌人多次挑战，他坚守不出，只以威信招降，解散羌人各部落联合的计划。这时，他建议朝廷，屯田湟中(今青海省湟水两岸)作为持久之计，提出亦兵亦农，就地筹粮的办法，可以“因田致谷”，“居民得并作田，不失农业”；“将士坐得必胜之道”；“大费既省，徭役预息”等“十二便”。这对当时支援频繁的战争，减轻人民负担起到了很大的作用，一直影响到后世。

    赵充国死后与霍光等人一同画肖像于未央宫，溢曰壮侯，葬于圭卜山之阳(今清水县城西北的李崖)，现列为省级文物保护单位。

    赵充国行军是以远出侦察为主，并随时作好战斗准备。宿营时加强营垒防御，稳扎稳打，计划不周全不作战。爱护士卒，战则必胜。老病辞官在家以后，朝廷每讨论边防大事，也常常参与谋略，或者要向他问办法。