赵忠尧留学期间，在做物理实验研究时候，为了保证数据的真实有效，他经常夜以继日的工作，即便夜深人静，他也定好闹钟，叫醒自己来观察提取数据。功夫不负苦心人，赵忠尧在美国最大的成就就是发现了正电子的存在。但是美国人不相信中国能出这么优秀的物理学家，导致赵忠尧与诺贝尔奖擦身而过，但他的发现仍然给了世界一大震撼。
 

    与此同时，赵忠尧开始做起了回国的准备，他希望将自己多年的研发成果一起带回国内，但刚登上轮船就遭到了美方多方阻拦，他们也想拥有这样一个人才。连美国联邦调查局都出动了，赵忠尧本人被再三盘问，几十箱资料和器材也被进行了野蛮翻查，这还不止，美方还以“赵忠尧可是差点就获得诺贝尔奖的人，怎么能轻易放回国”的可笑理由将其送进了监狱。

国内严正的抗议以及国际的舆论，美国最终不得不释放赵忠尧，他们说，钱学森抵得上五个师，赵忠尧起码抵得上十个师，但只可惜赵忠尧是中国人，他属于中国。
 

    1951年1月，赵忠尧教授抵达北京，政务院副总理兼文化教育委员会主任、中科院院长郭沫若亲自主持了有李四光、竺可桢、吴有训、钱三强等数十名科学家参加的欢迎宴会。

1958年，赵忠尧负责筹建中国科学技术大学近代物理系并任系主任。1972年，赵忠尧参与高能物理研究所的筹建工作，还多次向有关部门提出了发展中国科学事业的许多具体建议。

赵忠尧将自己毕生所学都投入了我国的物理事业上，为国家培养了大批的科技人才。