趙廣漢年輕時做過郡吏、州從事，以廉潔和禮賢下士聞名，因為參與大將軍霍光擁立漢宣帝一事，被賜爵關內侯，升任潁川太守。潁川有大姓宗族，仗勢欺人，所蓄養的賓客多為盜賊，前任太守奈何不得。趙廣漢到任數月，誅殺首惡，郡中惡人大為驚恐。後又調任京兆尹，成為長安的父母官。
趙廣漢禮賢下士，對待屬下官吏殷勤周到。每到論功之時，趙廣漢總是將功勞推讓給部下，並自稱能力比不上他們，極為至誠。屬下官吏見趙廣漢如此相待，都表示願意接受差遣，即使赴死也不推辭。趙廣漢對屬下的能力以及做事是否盡力洞若神明，如果有誰欺騙他，會當即被抓住，無一例外。在判案定案時，因為證據確鑿，罪犯無法抵賴，立即服罪。
在與他人的交談過程中，趙廣漢漸漸總結出探知實情的方法——“鉤距法”。這種方法講究調查，注重對比推算，結果往往十分準確。趙廣漢曾對人說：“我想知道馬的價格，用‘鉤距法’行事，我先問狗的價格，再問羊價、牛價，最後才問馬價。這樣層層驗證，一番比較計算後，我就知道馬價是高是低了，一般不會有什麼大的差錯。”
趙廣漢的好友對他的“鉤距法”不感興趣，一次好友對他說：“我們在朝為官，自然不屑和商販討價還價，你鑽研這種學問，又有什麼用處呢？”
趙廣漢回答說：“做官的人若不熟悉民情，洞察一切，又如何能造福一方、保一方平安呢？‘鉤距法’不僅可以用來了解市場行情，用於政務，也可以讓我知己知彼，對症下藥。如果我偏聽偏信，真不知會有多少錯案發生，而真正的害群之馬就會逃脫懲罰。”趙廣漢上任時，長安的治安一度混亂，百姓受害的事時有發生，官匪勾結十分猖獗。麵對這種嚴峻的狀況，趙廣漢召集心腹屬下說：“我上任伊始，並不熟悉此中內情，想打擊犯罪，也不知從何下手。何況情況不明，亂下重手隻會引起混亂，我想讓你們暗中偵察，把盜賊的蹤跡摸清。”
心腹屬下麵有難色，說：“盜賊行蹤詭秘，出入不定，在此用力難出成效。從前的官員都是有事打壓，無事清閑，大人何必自討苦吃呢？”
趙廣漢臉上肅穆，鄭重道：“盜賊不絕，根源乃在我們不曉其根底，從前的官員不盡職所致。我誌在剿除盜賊，自然不能和從前的官員一樣無所作為，這是我的命令，違者必懲！”
趙廣漢命人暗中詳查，表麵上卻故作輕鬆，沒有更嚴的戒備，盜賊們以為趙廣漢碌碌無為，於是放下心來，放膽胡為。一時之間，盜賊蜂擁而出，長安形勢更壞。
朝中大臣上書指責趙廣漢失職：“京城盜賊橫行，京兆尹趙廣漢卻放縱不管，不知他是何居心。趙廣漢定與盜賊勾結，望陛下徹底肅查。”
漢宣帝也怒氣衝衝地質問趙廣漢說：“朕深居宮中，都聽說宮外盜賊橫行之事，你有何交代嗎？”
趙廣漢叩頭不止，連聲說：“陛下不要擔心，請讓臣把話說完。”
他從容地說：“京城重地，盜賊必須徹底剿滅，這是臣決心要做到的事。無奈賊情不明，輕舉妄動便會打草驚蛇，這也是臣最擔心的。臣故意裝作不聞不問，隻是想讓盜賊悉數暴露，以便臣的屬下全然摸清盜賊狀況，查清他們肇事的根源，以及那些和他們勾結的差吏收取了多少賄賂。隻有將這些情況都搞得明明白白，才能將他們一網打盡，讓他們無法抵賴。陛下放心，臣已廣布人手偵查此事，用不了多長時間，便是盜賊的末日了。”
漢宣帝聽罷，不再責怪趙廣漢，“朕暫且相信你一次，你還是好好把握時機吧。”不久，全然掌握賊情的趙廣漢四麵出擊，每擊必中，長安盜賊被肅之一空。趙廣漢察覺奸邪之人，揭露隱秘之事有如神靈一般，所以在他任職期間，長安政治清明，官吏百姓讚不絕口，都認為自漢朝建立以來沒有一個京兆尹能比得上趙廣漢。
趙廣漢喜歡任用出身官吏之門的年輕人，磨煉他們的剛猛和銳氣，這些年輕人有膽識，做事雷厲風行而不畏艱難。趙廣漢執法不避權貴，因辦案得罪了霍光的兒子霍禹、丞相魏相和司直蕭望之等權貴，因此招禍。趙廣漢出於私人怨恨，將一名男子判處死刑。此事被人告發，漢宣帝命丞相魏相和禦史負責審查。最終趙廣漢被定罪，投入獄中。
官吏和百姓聽說趙廣漢被捕，到皇宮門前號哭，人數多達數萬。有人說：“我活著對皇上並無益處，願意代替趙京兆去死，讓他留下來照管百姓！”然而趙廣漢還是被處以腰斬。趙廣漢身為京兆尹，廉潔明察，以威嚴抑製豪強，使百姓各得其所，受到百姓的尊敬。