但是就在趙以成剛剛籌建起北京同仁醫院神經外科不久，趙以成由於勞累過度而病倒了，先是得了輸尿管結石症，後來又得了十二指腸潰瘍病，健康情況遠不如以前，但是趙以成還硬挺著，堅持往返於京津之間。周總理得知這個情況後，非常關心趙以成的身體，一方麵勸趙以成注意休息，另一方麵建議趙以成的夫人汪培娟大夫辭去現有工作，專門照顧趙以成的生活起居，同時協助他抄寫整理一些醫學資料講稿和發展規劃，以便趙以成能更好地發揮自己的才能。汪大夫接受了周總理的建議，辭去了心愛的婦產科工作，從此開始了她的所謂“ 三無”工作，即無職、無權、無錢，專門照顧趙以成，成為他工作、生活上的助手。
趙以成雖然有病，但他所想的是如何進一步發展我國的神經外科。當時雖然天津總醫院和北京同仁醫院都已有腦係科，但趙以成認為這遠遠不能滿足神經外科事業的發展，還應該建立一所專科醫院。於是他向有關部門提出建議。他的建議得到北京市衛生局和同仁醫院領導的大力支持，在他們的具體幫助下，趙以成不顧病體，不分晝夜，不計休息日地進行籌劃，到1958年，一所以神經外科為主的綜合性醫院終於落成了，實現了趙以成的心願。因該院地處北京宣武區，因此被命名為宣武醫院 。從醫院設計到購置設備，裏麵包含了趙以成多少心血！一年後，又一喜訊傳來，神經外科研究所也誕生了。該所專門從事神經外科的科研工作。衛生部決定由趙以成來擔任宣武醫院院長和研究所所長，但是趙以成堅辭不就，他表示，工作我可以幹，但是這個頭銜不能要，就這樣推讓了兩年，最後在衛生部的一再堅持下， 趙以成隻好就任。隨著神經外科的不斷發展壯大，從臨床到科研已初步形成了一個完整的體係。 1960年趙以成在研究所內又設置了神經解剖、神經生理、神經生化、神經病理、組織培養等研究室，為科研和臨床提供了有力的理論依據。
1962年9月，毛澤東主席委托趙以成以中國中華醫學會的名義邀請白求恩大夫的老朋友、趙以成的老師、加拿大蒙特利爾神經醫學研究所所長潘菲爾德教授和夫人訪華，並參加國慶觀禮。潘教授欣然接受邀請，來中國進行訪問參觀。在此期間，潘教授除參加各種遊覽活動外，還參觀了京、津、滬三大城市的神經外科成果展示，並在一些學術演講會上作報告 他曾多次在報告會上稱讚趙已成在神經外科方麵的成就，並對趙以成的醫療技術給予很高評價，說他是“青出於藍而勝於藍”。潘教授在訪問期間，當在天安門上參加國慶觀劄時，在休息室中受到了毛澤東主席的親切接見。毛主席指示趙以成要繼續為發展加中友好而努力。1964年潘教授邀請趙以成去蒙特利爾接受學位證書，並重訪加拿大，但遺憾的是，那時因加中尚未建交，因此趙以成夫婦未能應邀成行。
潘教授訪華結束後，趙以成又料理了一些北京的工作，不久便回天津休息。但未到一星期，宣武醫院即來電話請他返京出席一個重要會議，趙以成又匆匆返京。一天晚上趙以成回到宿舍後，即感到胃部疼痛，他以為是胃病，便吃了胃藥，但半小時後又轉為心前區疼痛，並伴有呼吸不暢，汪培娟見狀給他服了硝酸甘油後馬上就去請醫生。醫生來時，趙以成已呼吸困難，並出現昏迷。經醫生搶救後才緩解，心髒專家黃宛教授說這是心肌梗塞， 需要馬上住院。這樣趙以成住進了同仁醫院。他住院期間，不少中央領導同誌都曾派人來看望，周總理也派人來探望趙已成，並詢問病情。朱憲彝院長曾先後兩次從天津來北京看望，並為趙以成製訂了治療方案。經過半年多的醫治，趙以成的病情才有所好轉，不久便回天津休養。