趙充國按既定方針先打先零羌。先零羌因為長時間屯聚，鬆懈麻痹，見到漢朝大軍來襲，紛紛棄輜重而逃。趙充國認為，逃跑的先零羌是“窮寇不可迫也。緩之則走不顧，急之則還致死”，因此命令部隊“徐行驅之”。結果，先零羌逃亡渡湟水時溺死數百，投降及被斬的500餘人，其餘七、八千人平安逃過湟水。罕、稈等部落首領見漢軍篤守信義，沒有對他們采取軍事行動，遂親自到漢營投誠和好。
湟中捷報傳入京城，宣帝下令讓破羌將軍辛武賢作為趙充國的副手，“急應天時大利，吏士銳氣以十二月擊先零羌”。這時，先零羌在漢軍的政治瓦解和軍事打擊下，內部出現分歧，已有萬餘人投降漢軍。趙充國判斷先零羌必然會衰敗，因此想改變策略，罷騎兵，屯田備邊。他把此想法寫成奏文，尚未呈送宣帝，便接到宣帝進攻的命令。他兒子、中郎將趙印十分擔心，派使者勸說其父不要堅持自己的主張，趕快執行皇帝的命令，否則“一旦不合上意，遣繡衣（禦史）來責將軍，將軍自身不能自保，何國家之安？”趙充國聽了非常生氣，說：“我拚死堅持自己的主張，對皇帝是可以忠言相勸的。”
趙充國毅然向皇帝呈送奏章，闡明為什麼罷騎兵，以步兵屯田備邊。他說：我所統領的吏士及馬牛，月用穀物19，9630斛、鹽1693斛、幹草25，0286石，全靠內地轉輸，戰事不解決，征稅、勞役就不會停止。罷除騎兵，隻留下步兵1，0281人，月用穀物為2，7363斛、鹽308斛。這些步兵分屯要害處，農耕季節每人耕作20畝田。這樣可以益積蓄，省大費。宣帝看過奏章後下詔詢問趙充國：罷騎兵以步兵屯田，敵人什麼時候可以打敗？戰爭什麼時候可以結束？
趙充國第二次呈送奏章，說：帝王用兵，要作好全麵準備去爭取勝利，因此貴在運用謀略而減少交兵作戰。班師罷兵，萬人屯田，順天時，因地利，戰爭可望在一年內結束。他還陳述了屯田的十二點好處。概括起來說，在軍事上，萬人屯田以作武備，以逸待勞，“坐得必勝之道”；在政治上，威德並行，既可以分化敵人，又可以減輕國內民眾徭役，使“居民得並田作，不失農業”；在經濟上，屯田士卒糧食可以自給，“省大費”。總之，屯田內有不花錢之利，外有防禦之備，是個不打仗而使敵人自己消亡的計策。宣帝看過第二次奏章後又詔問趙充國：現在先零羌仍不斷騷擾邊境，怎麼才能製止住呢？大稈、小開對漢朝尚有疑慮，他們會不會與先零羌聯合起來？
趙充國第三次呈上奏章，說：現在，先零羌精兵不過七、八千人，失地遠逃，分散饑凍。罕、秤、莫須等部落力量很弱，且歸順漢朝的人絡繹不絕。至於小股流竄的羌兵襲擾邊民，這是不能立即阻止的。如果因此而大動幹戈，那是“釋（放棄）坐勝之道，從乘危之勢，往終不見利，空自罷敝（疲憊）”。
趙充國每次呈送奏章，宣帝均召集公卿議論。開始，同意趙充國屯田備邊建議的有十分之三；中間，同意的有一半；最後，同意的占十分之八。丞相魏相說：“臣愚，不懂兵事利害。後將軍趙充國一再提出軍事策略，講的都是正確的。我相信他的計謀一定能成功。”於是，宣帝批準了趙充國屯田備邊計策。
趙充國屯田備邊收到了預期效果，穩定了漢朝西部邊境局勢，加速了先零羌的瓦解。宣帝神爵二年（公元前60年）秋天，先零羌首領被其他種族的羌人所殺，殘餘的先零羌兵4千人降漢。先零羌侵擾漢朝邊境問題得到根本解決。西北地區民族矛盾得到緩和，大片荒地得以開發利用。
趙充國凱旋回京後，請求罷去官職，宣帝批準他退休。但朝廷議論民族關係大事時，常讓他參與謀略。甘露元年（公元前52年），趙充國病逝，終年86歲。宣帝因趙充國功高蓋世，把他的像畫在未央宮內。