1947年，国军中将司令给毛主席写信：“我一个人起义，你们收不收？”毛主席说：“贺老总、彭老总都在抢着要你，你要去哪里？” 赵寿山小时候家境艰难，父亲早逝，他早早帮母亲干农活。1911年他考进西北大学预科，后来转到陕西陆军测量学校，1913年毕业后在陆军测量局当科员。1916年他进入冯玉祥部队，当少校参谋，之后转到杨虎城部下，从排长干起，一步步升到营长。 1935年秋，他的旅部被红四方面军打败，与红军签互不侵犯协议。那年10月，他去北平、南京、上海等地考察，接触进步人士杨明轩、杨晓初，读抗日救国书刊，思想开始转向联共抗日。 1936年他回陕，向杨虎城递抗日救国意见书，建议必要时扣蒋介石。西安事变时，他任十七路军总指挥，负责城内军事行动，扣押国民党嫡系将领，还兼西安公安局长，维持秩序。 抗日战争爆发后，赵寿山率十七师开赴华北前线，1937年7月21日到河北保定，参加新安镇阻击战和漕河阜河战役。 11月太原陷落，他率部到离石县碛口补充，12月途经延安。1938年1月他秘密访延安，毛泽东见他，谈抗日统一战线，建议培养干部改造部队，他表示愿接受党领导。 这次访谈让他政治视野开阔，回西安后在中共陕西省委帮助下办十七师教导大队，培养进步干部。1940年冬蒋介石调部队到河南，中条山失守，他深感国共合作难持续。1942年10月经彭德怀介绍，他秘密加入中国共产党，但仍留在国民党军中。 蒋介石恼火，1943年冬调他到重庆将官团受训，1944年3月任第三集团军中将总司令，调到胡宗南管辖的甘肃武威。表面升职，其实是空头司令，无实权指挥嫡系部队。这让他对蒋介石不满加深。 在武威，他利用职务发展中共党员，收集机密文件送陕北。1945年7月十七日，三十八军一部2300人在河南洛宁故县镇起义，投奔解放区，以此为基础组建西北抗日民主联军三十八军。 1946年8月，国民党撤销第三集团军总司令部，赵寿山获准出国考察水利。他借机经兰州、西安到南京，又通过董必武安排，乘救济船经上海到天津，1947年3月从河北静海进入解放区。 毛泽东主持中共中央扩大会议后与他谈话，他递信问是否收一人起义。毛泽东欢迎，说贺龙想他去后方，彭德怀想他上前线。他选择上前线，因熟悉西安地形。 1948年1月他任西北野战军第二副司令员，与彭德怀指挥西北战场，参与宜川战役和辽北战役。1949年转第一野战军副司令员，指挥春季攻势、陕中战役、扶眉战役、兰州战役，巩固西北。
