趙壽山同誌的一生十分曲折。他出生在一個貧苦的家庭，父親早逝，留下他和母親相依為命。幸虧族中長輩看他們孤兒寡母，生活艱難，常常施舍救濟，才使他和母親沒有餓死。12歲那年，趙壽山便開始跟著村裏的私塾老師讀書識字。三年後，他已精通百家經典和西方天文地理，個人能力也愈發出眾。
16歲那年，趙壽山立誌從軍報國，便告別母親，離開戶縣老家，到西安參加馮玉祥將軍創辦的軍官速成班。畢業後，他被分配到楊虎城將軍麾下擔任見習連長。1925年至1926年，他參加了艱苦卓絕的西安保衛戰，擊退了河南鎮嵩軍，取得了空前勝利。抗戰勝利後，他被楊虎城將軍提拔為親衛團團長，軍銜為上校。
1930年，他率部赴河南參加中原戰爭，結果在蘭考遭中央軍伏擊，損失慘重，自己也中了流彈，受了重傷。幸虧增援部隊及時趕到，擊退了中央軍，他才得救。次年，傷勢痊愈的趙守山再次升官，成為少將旅長。同年下半年，他被派往陜南與紅軍作戰，雙方在安康、商洛激戰，各有勝負。1935年，紅軍主動派人與他談判，雙方最終同意互不侵略，和平共處。
1936年，趙壽山回到西安，協助楊虎城發動西安事變，扣押了蔣介石、衛立煌等國民政府要員。這一舉動直接促成了國共第二次合作，內戰隨即宣告結束。抗日戰爭爆發後，趙壽山任西北軍一個師的師長，參加了1937年7月下旬的津京唐戰役，但被日軍擊敗。同年11月，在太原與日軍正面交鋒，僅兩天一夜，所部死傷過半，糧食、物資全部在戰鬥中損失殆盡，慘烈至極！
當年12月，趙守山奉命撤回陜西休養。路過延安時，他專程拜見了毛主席和周總理。主席和總理對他十分歡迎，不僅親自設宴款待他，還陪同他視察了抗日軍政大學、陜北公學等教育機構。當時延安的物質生活十分貧乏，共產黨員平時吃的都是五谷雜糧、野菜，逢年過節才能吃上一點肉。但同誌們從不叫苦叫累，大家始終保持著昂揚的鬥誌和飽滿的精神，滿懷熱情地投身於革命事業。
這讓趙壽山大為震驚，他對共產主義產生了濃厚的興趣，進而慢慢轉變為一名左翼愛國者。從1939年開始，趙壽山邀請了數百名共產黨員到自己所在的部隊擔任連、營級幹部，向戰士們傳播紅色思想和愛國理論，提高部隊的組織性和凝聚力。但沒過多久，這件事就傳到了蔣介石的耳朵裏。蔣介石對此大怒，立即將趙壽山從指揮崗位調到閑置部隊。同時，對趙壽山的部隊展開「大清洗」，清洗隊伍中的共產黨員。
1946年，蔣介石準備刺殺趙壽山，幸好共產黨提前察覺到危險，及時將趙壽山調往解放區保護，挫敗了蔣介石的陰謀。1948年，趙壽山受中共中央命令，任西部野戰軍副司令員，協助彭德懷將軍發動黃龍、銅川、西安、蘭州等戰役，一舉擊潰了胡宗南集團和臭名昭著的馬家軍，一舉解放了西北。
中華人民共和國成立後，趙壽山先後擔任青海省、陜西省省長，為西北的開發建設作出了許多貢獻。1955年軍隊授勛大會上，有同誌建議授予趙壽山中將軍銜，毛主席沒有同意這個建議。主席認為，趙壽山雖然對革命有貢獻，但貢獻有限，不值得授予上將軍銜；而且他已經離開軍隊，完全轉入行政系統，不符合授銜規定，所以趙壽山最後沒有獲得任何勛章。
20世紀60年代初，趙壽山突然感到胸部疼痛，並有強烈的灼熱感，急忙到醫院檢查，被確診為食道癌。黨中央得知後，立即暫停他的工作，安排他住進醫療條件最好的解放軍總醫院治療。1965年，趙壽山的病情突然加重，醫生束手無策，只能設法用藥物來延緩他的疼痛。同年6月下旬，他不幸去世，終年71歲。
趙壽山逝世三天後，黨中央為他舉行了隆重的葬禮，朱镕基親自致悼詞，周總理、鄧小平、劉少奇等中央領導同誌也到場吊唁，送別趙壽山。他的骨灰被安放在八寶山，在蒼松翠柏間長眠！
