对于横行跋扈的日寇,赵登禹一贯坚持针锋相对与之斗争的原则。1936年夏天,几名日本特工绑架了第29军政治部主任宣介溪。赵登禹与另两位师长冯治安和刘汝明商量后认为,鬼子竟敢抓我军的高级将领,实在太嚣张,一定不能向其示弱。于是,他们将一亲日分子叫来,赵登禹让其向日方传话:“限日本人两小时以内好好把人送回。超过时限,我们就先把平津一带的日本人统统杀光!”当着亲日分子的面,赵登禹操起电话向部队下令,要求两小时之内完成作战准备,待命行动。日本人被赵登禹的凛然之气所震慑,果然在两小时内就将宣介溪安全地送了回来。

    1937年7月7日,卢沟桥抗战爆发。7月26日,赵登禹奉军长宋哲元之命,赶赴南苑,和副军长佟麟阁共同负责北平防务。7月28日凌晨,日军集中三个联队步兵、一个联队炮兵和30多架飞机,向南苑进攻。赵登禹率部与日军血战六小时,在敌人飞机大炮的轰炸扫射下,伤亡惨重。战至中午,宋哲元命令赵登禹率部向城南大红门集结,准备反击。但他在集结途中,不幸被日军的伏兵击中胸部,壮烈殉国,年仅39岁。

    赵登禹牺牲后,7月31日,国民政府颁布褒奖令,追授赵登禹为陆军上将。中华人民共和国成立后,有关部门给赵登禹将军的家属颁发了“革命牺牲军人家属光荣纪念证”,编号为“北京字第000捌拾号”,证书“查赵登禹同志在革命斗争中光荣牺牲,丰功伟绩永垂不朽,其家属当受社会上之尊崇。除依中央人民政府《革命军人牺牲病故褒恤暂行条例》发给恤金外,并发给此证以资纪念。”此证由毛泽东亲自署名,日期为“一九五二年六月十一日”。