日中戦争（抗日戦争）勃発後、第52軍で中校連絡参謀となり、まもなく上校参謀に昇進した。その後、陸軍大学に復学して、1938年（民国27年）7月に同大学正則班を第14期生として卒業している。同年8月、第1兵団総部少将高級参謀兼作戦科長に任ぜられ、武漢防衛戦や贛北戦役に参戦した。1939年（民国28年）、第9戦区司令長官部（長官：薛岳）参謀処少将副処長兼作戦科長となり、さらに参謀処処長、参謀長へと昇進している。1944年（民国33年）夏、薛岳が第4次長沙会戦で日本軍に敗北、長沙を失陥した。この際に、敗戦の責任を問われて趙子立は収監、重慶へ移送されるが、最終的には無罪となる。