同年秋天，赵充国脚病复发，汉宣帝怕他不能亲自带兵冲杀，命许延寿、辛武贤在年底与赵充国会合，一同进攻先零。这时，羌人已降者达到一万余人，赵充国认为如果贸然进攻先零羌，必然使已降羌人猜疑复叛，所以他主张罢兵屯田，奏表还没送出，就接到了皇帝的诏命。他立即上书，建议“罢骑兵，留步兵万二百八十一人”屯田，以作长期防边。他认为，从临羌(今湟中多巴)东至浩门(今民和享堂)，有羌人原种地以及公田、未开垦的田地在两千顷以上，其中沿途驿邮亭站多被破坏，应派这些士兵修水渠，耕田地，并修缮驿邮亭站，以便消息传递。另外从湟峡(今西宁市小峡)以西到鲜水(今青海湖)左右，修建桥梁七十座，以便交通，经过如此屯田，可以“益积畜、省大费”。然而，当时的汉宣帝对屯田并不感兴趣，他下诏质问道：“即如将军所言之计，虏当何时伏诛？兵当何时得决？”赵充国于是上奏，提出了中国历史上著名的“屯田十二便疏”。他首先明确指出屯田“顺天时，因地利”，意义深远，然后具体陈述了“十二便”。

　　最后，他说：“留屯田得十二便，出兵失十二利，唯明诏采择。”朝廷接到赵充国奏疏后，议论纷纷，汉宣帝犹豫不决，赵充国两次上奏申说。每次赵充国奏疏一到，宣帝会群臣评议。开始，同意赵充国建议的只有十分之三，后来增加到十分之五，最后达到十分之八。大多数人佩服赵充国有远见，汉宣帝也最终同意留兵屯田。

　　化剑为犁屯田忙，湟水谷地现生机

　　但是，汉宣帝又考虑到辛武贤等人数次建议出击诸羌，便在传旨同意屯田的同时，又下诏给许、辛二人，命其出击。不久，许延寿征降羌人四千余人，辛武贤则斩首两千级，中郎将赵卯也斩首两千余级。与此同时，赵充国又招降五千余人。最后，汉宣帝才下诏罢兵，只留赵充国屯田。赵充国于是垦田地，开水渠，修道路，建驿站，筑桥梁。湟水谷地出现了一派前所未有的新生机。

　　宣帝神爵二年(前60年)五月，赵充国奏道：“羌本可五万人军，凡斩首七千六百余级，降才三万一千二百人，溺河湟、饿死者五六千人。定计遗脱与煎巩、黄羝(羌首领名)俱亡者不过四千人，羌靡忘等自诡必得，请罢屯兵！”这是一篇对羌人现状的总结。需要指出的是，降者基本上是赵充国招抚的，而斩首七千余级则主要是辛武贤诸人所为。

　　由于赵充国治羌政策的全面实施，青海烽火宣告熄灭。于是赵充国在这年奉命振旅还师，朝中大臣莫不服其识略。秋天，西羌若零、离留、且种、儿库等人共斩先零羌首领犹非、杨玉的头来献，还有诸部首领弟泽、阳雕、良儿、靡忘等率逃亡者煎巩、黄羝的属众四千余人来降。汉王朝于是封若零、弟泽二人为“帅众王”，其余皆封为侯、君，并在湟水谷地设置金城属国来安置降羌。赵充国的策略取得了彻底的胜利。

　　赵充国不仅在青海时如此妥善地处理了民族矛盾，即使回朝以后，也还对这里的事情很关心。汉宣帝曾叫大家举荐堪任护羌校尉之人，有人推荐了辛武贤的小弟辛汤，宣帝也已下了诏。赵充国知道后立即向宣帝劝阻：“汤使酒，不可典蛮夷，不如汤兄临众。”宣帝于是下诏改辛临众。后辛临众病危，又有人推荐辛汤。辛汤果然常常酗酒滋事，激怒了羌人，青海地区又出现兵刃相争的危局。

　　后来，赵充国虽然因年老居家中，但遇边防大事，皇帝还是派人向他请教问计。甘露二年(前52年)，赵充国逝世，终年八十六岁，谥号壮候。