民國23 年轉戰(zhàn)來皖，升任少校營長，不久升任安徽省保安第九團中校團副、宣城保安警察大隊隊長等職。民國26 年，抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，升任安徽省保安第九團上校團長。時蕪湖、安慶相繼淪陷，他率部轉戰(zhàn)江淮，屢屢獲勝，常獲嘉獎。民國29 年，趙達源奉命率部駐守壽縣城。4 月10 日，占據(jù)合肥的日軍，為擴展淮南、蚌埠的外圍據(jù)點，派1000余人，沿淮南鐵路北上，企圖攻占壽縣城。此時趙達源正在病中，獲悉后，支撐病體，一面召集連以上軍官會議；一面將敵情轉報駐壽縣西南迎河集的國民黨軍第一三八師四一二旅旅長龍炎武。龍炎武僅調2 個連兵力馳援趙達源團，并命趙達源團據(jù)城固守，自己率部移駐壽縣城南郊九里溝、窯口一帶作策應。趙達源接到戰(zhàn)斗命令后，召開全體官兵動員大會。在動員大會上，“誓死保衛(wèi)城防，堅決與城共存亡”的口號聲此起彼伏，《義勇軍進行曲》、《黃水謠》、《大刀進行曲》等抗日歌聲響徹古城上空。

4 月12 日拂曉，日軍首先用飛機猛烈轟炸壽縣三義集、炎劉集等地。隨后，日軍由淮南田家庵分東、南、北三路圍攻壽縣城。日東路軍攻至蔡家崗附近時，駐守在此的龍炎武旅一個連不戰(zhàn)而逃。日軍來勢兇猛，炮火激烈，趙達源部傷亡甚重，平山頭、東津渡相繼失守。當日軍近逼縣城的緊急關頭，趙達源電告龍炎武求援，龍炎武只要趙達源堅持守住，拒不增援。龍炎武部參謀主任莫仲慶建議，應立即出擊，攻敵側背，里外夾攻，破敵主力。龍炎武說，必須待趙達源團將日軍彈藥消耗殆盡時，我則可活捉日軍。致使趙達源團自晨至午孤軍奮戰(zhàn)，雖打退日軍數(shù)次攻城，殲敵700 多人，但趙達源團亦陣亡過半。城內民眾亦奮勇參戰(zhàn)，救護傷員。下午3 時左右，日軍集中兵力猛攻城墻拐角樓，趙達源團三營浴血奮戰(zhàn)，終因彈藥耗盡，寡不敵眾，全部陣亡。此時趙達源率不足2 個排的特務連火速馳援，日軍向趙達源部瘋狂掃射，趙達源冒著槍林彈雨高呼“殺盡倭寇，為國雪恥”沖鋒反擊，因身中數(shù)彈，墜入城壕，為國捐軀。其余官兵亦相繼陣亡。日軍破城時，趙達源團僅剩20 余名士兵，被群眾掩護，無一人被俘。

戰(zhàn)后，壽縣人民作《血戰(zhàn)壽縣》歌：“在江淮，有壽春，抗日英豪威震敵群……”，以歌頌趙達源和九團官兵英勇殉國的壯舉；作挽聯(lián)：“力盡殉古城，面對八公，耿耿忠心仙可證；更深留遺書，魂歸九重，拳拳赤子恨難平。”以頌揚趙達源為國捐軀的愛國主義精神。抗戰(zhàn)勝利后，壽縣人民在西門立碑紀念。