1949年10月1日，隨著一代偉人在天安門城樓上的那一句「中華人民共和國成立了！」中華民族重新向世界宣告了它崛起的誓言。雖是大國初建，雖是百廢待興，然而無數的華夏兒女炎黃子孫，對這個挺直的腰杆的嶄新國度充滿了希望和憧憬。其中，就包括僑居海外心向中華拳拳赤子。
為了祖國的發展民族的昌盛，在歐美已然擁有了一片天地的中國科學家，紛紛拋下國外的優越生活，毅然選擇回國支援國家建設。由於這些科學家本身的重要性，在回國時受到了各種各樣的阻撓，例如錢學森就曾經被美國移民局拘留審問，行李都被扣留。而被美軍最高司令部連發三道攔截令的趙忠堯，回國之路就更加曲折和艱難。
早在1927年的時候，趙忠堯自費赴美國加州理工學院學習，並且從師於諾貝爾獎金獲得者密立根教授。在1929年的年底，趙忠堯在實驗中發現硬γ射線的高能量光子束，在通過重金屬鉛時出現了「反常吸收」現象。1930年的時候，趙忠堯獲得博士學位，同年前往德國哈羅大學物理研究所工作。
到了1931年，趙忠堯前往英國劍橋大學卡文迪許實驗室，曾經與原子核大師盧瑟福（E.Rutherford）一起工作，盧瑟福在趙先生寫的「硬r射線與原子核的相互作用」的論文前加了按語：「這一結果提供了"正-負"電子對產生的又一證據。」同年趙忠堯回國任清華大學物理系教授，一邊教書一邊繼續從事研究工作，同年在中國首次開設核物理課程，並主持建立中國第一個核物理實驗室，雖然那時候的我國物理學科依舊一片空白。
趙忠堯曾經和恩師葉企孫一道，共同培養了王淦昌、彭桓武、錢三強、何澤慧、鄧稼先、朱光亞、周光召、程開甲、唐孝威等著名科學家，諾貝爾物理學獎得主楊振寧和李政道也都曾在西南聯大時期受業於趙忠堯教授。
1946年春季，趙忠堯回到加州理工學院，在核物理實驗室參加了美國原子能委員會和海軍部聯合支持的核物理科學研究，研究的論文是「質子轟擊F19時所產生的低能α粒子的研究」。這是當時世界核反應研究的前沿課題，到了這種時候，在美國科學界，趙忠堯的知名度已經非常高了。
在新中國的感召之下，趙忠堯毅然拋下了美國的地位和工作，也沒有回到臺灣述職，而是與一大批中國留學生一起，於1950年8月29日登上「威爾遜總統號」郵輪迴國。
就是因為美國的攔截令，這艘郵輪在途徑日本橫濱港時，趙忠堯與羅時鈞、沈善炯被美國中央情報局扣留並關押在東京下野巢鴨監獄，經中國政府多次交涉之後，扣押兩個多月的趙忠堯等人才被釋放，直到11月28日趙忠堯才歸國回到位於南京的家中。