建筑后，于1927年回国，任职于范文照建筑师事务所，设计上海八仙桥青年会大楼，南京大戏院和南京铁道部办公楼。1930年自设建筑师事务所，次年陈植加入，1932年童寯加入时取名华盖建筑师事务所，设计了南京外交部大楼、大上海大戏院、上海浙江兴业银行以及无锡江南大学（1947年，现太湖饭店）。抗战时期，赵深移居云南昆明。1949年以后，赵深曾在北京中央设计院任总工程师2年（1953年-1955年），其余均在上海任职，包括联合建筑师工程师事务所主任（1950年-1952年）、华东建筑设计公司总工程师（1952年