三门峡水库问题上坚决反对苏联专家方案，在周恩来保护下，最后终于降低了坝高。在大跃进中，坚决对那些欲放高产卫星的人进行核查，使他们不敢虚报。庐山会议后，赵给毛泽东打报告，并几次到挂甲屯看望彭德怀。习仲勋被打成反党集团以后，赵寿山又几次要求并会见毛泽东，为习仲勋辩解。此外，赵寿山还是第二、第三届全国人大常委会委员，第一至第三届国防委员会委员。1965年6月20日，赵寿山病逝于北京。