1946年夏，蒋介石在西安召开军事会议，见有人在记笔记厉声禁止。坐在三排的赵寿山，悄悄把手放在衣袋里，用一根短铅笔在纸上画记号。 这次会议，老蒋召见的是西北蒋军军长以上将领，秘密部署对解放区的进犯。赵寿山根据记忆和在纸上的标记，回去后写了一个详细的报告，让和他单线联系的地下党，转交给延安。 老蒋在会后，召见胡宗南等几个亲信将领时，提到赵寿山时说；“这个人我总感到别扭。” 赵寿山为何会让老蒋感到“别扭”呢？这要从1935年说起，当时老蒋为了分化杨虎城的十七路军，派一个将领去见赵寿山说：“赵旅长，你有空去南京见一下委员长。” 赵寿山推脱说：“我这个级别，就不去见了吧。” 来人说：“委员长听说你想去陆大进修，说可以批个条子让你去。” 赵寿山说：“我确实有上陆大的想法，但一切还是按照正式的手续走吧，应该由杨总指挥（杨虎城）推荐我报考。” 来人说：“哪有这么麻烦，十七路军报你，你也未必能入学，你去南京找委员长，让他给你手令就行。” 赵寿山说：“我是十七路军的，必须按规矩来。” 来人不解的说：“有了委员长特批的条子，你从陆大出来，就能当师长，不比你跟着杨虎城好？” 赵寿山说：“我追随杨总指挥多年，跟着他我踏实。” 来人到南京讲了经过后，老蒋大为吃惊，对身边人说：“这个赵寿山有些别扭劲”。 到了1943年，老蒋将赵寿山由三十八军军长升任为第三集团军总司令，乍一看似乎是受了重用，实际上这个集团军是个空架子，这是以明升暗降的手段，夺去赵寿山的兵权。 1946年，老蒋到西安召开军事会议，身为集团军总司令的赵寿山参会。会后，老蒋对赵寿山不放心，让胡宗南派人去试探。 有一天，胡宗南手下一个军长去找赵寿山说：“赵总司令，前几日开会的情报，你为什么要透露给延安那边?” 赵寿山是在1942年冬，由彭德怀作为入党介绍人，秘密入党的，知情人极少，属于最高的潜伏级别。赵寿山听了这个军长的话后，马上就明白这是诈他，笑着回敬说：“既然如此，你拿着证据去找胡长官啊，这可是大功一件啊。” 那个军长听后，见套不出话来，悻悻离开。 当时国民党军正在进行整编，原有集团军改编为整编军或绥靖区司令部，原有的军、师改编为整编师、整编旅。 赵寿山清楚，以老蒋对他的猜忌，在集团军撤销后，是不会给他整编军长或绥靖区司令官职务的，他不愿到胡宗南的总部当个挂名高参，于是便主动去找老蒋说出国去考察水利。 老蒋见赵寿山主动要离职，倒也颇为诧异，问道：“你为何要去考察水利？这可是需要专业知识的啊。” 赵寿山说：“委员长可能不知道，我早年在陆军测量学校求过学，毕业后在北洋军中还当过地形教官。我希望去美国深造一下，回来后去地方干一个和水利相关的差事。” 老蒋狐疑的看着赵寿山说：“没想到你还是这方面的人才，此事让我考虑一下。” 见完老蒋后，赵寿山回到了兰州的家中，期间他秘密向延安请示，希望能去解放区。对外，赵寿山则释放烟雾弹，他向胡宗南打了个电报，让他向老蒋“美言”几句，促成他出国的事情。 9月初，延安派来的联络员来到兰州，向赵寿山传达了同意他去解放区的指示。赵寿山是国民党大员，若要神不知鬼不觉的去解放区，是很难的。赵寿山和联络员商议后，定了一个计划：赵寿山秘密乘车离开兰州，先到陕西的永寿，在那里地下党的接应下，过泾河直奔延安。所乘汽车丢弃在永寿，制造一个途中遭遇土匪抢劫，下落不明的假象。 联络员说：“此事需要安排，我先去布置，可能至少需要一个月。” 赵寿山和联络员最后约定，在10月中旬前，实施计划。联络员走后不久，赵寿山得到一个消息，老蒋对民盟西北负责人杜斌丞不满，可能要下手。赵寿山和杜斌丞私交很好，连忙赶去西安，向杜斌丞示警。 杜斌丞对危险的认识严重不足，认为即便老蒋要动手，至多把他软禁几天，赵寿山劝他说：“我知道杜聿明是你本家，你和他还有师生之谊（杜斌丞是陕西米脂人，他年龄比杜聿明大，但辈分却小，是杜聿明的族侄），出了事他会帮你。但你要知道，杜聿明是老蒋的学生，如果只是胡宗南抓你，他求情或许有用，若是老蒋要置你于死地，杜聿明的分量那就太小了。” 固执的杜斌丞坚持不走，赵寿山离开时以惋惜的语气说：“你要不走，真的就只能等死了。” 后来由于情况发生变化，赵寿山被老蒋召去南京，他不得不更换路线，在1947年3月，由河北静海进入解放区。在赵寿山平安到达的同时，西安的杜斌丞被胡宗南派人逮捕。 不出赵寿山所料，当杜斌丞被抓后，杜聿明除了给老蒋发了一个解释电报后，没有敢求情。杜聿明在回忆中说：“杜斌丞被关押后，他的二儿子杜鸿模还来东北找过我，但我那时也不好讲话了。现在回忆起来，主要是由于自己那时是站在蒋介石一边，怕牵连自己，因此，就没有积极去想办法营救。” 1947年10月7日，杜斌丞被秘密杀害。赵寿山后来每每提及，都是耿耿于怀，认为此事实在没有办好。