1920年，进美国宾夕法尼亚大学建筑系学习。清华学堂毕业生，按例理工科可插入三年级，他因病推迟，到学校报到时，被插入建筑系二年级下学期。他不怕艰苦，通过多选学分，将2．5年的课程挤在2年内读完，1922年夏，得建筑学学士学位，第三年即1923年，修毕研究生课程，得硕士学位。在两个暑假内，利用机会到纽约的建筑师事务所工作实习，并在业余参加建筑设计方案竞赛。大学毕业后，在费城和迈阿密市实习时，他是中国在海外唯一的建筑界人士参加南京中山陵纪念堂赵深 的方案设计竞赛者。图件寄到国内，及时列入评选，虽远离现场，对地形环境了解不足，资料又缺乏，竟获得荣誉一等奖，已显示其过人的才华。

赵深是一个在建筑学上有较深造诣的建筑师， 在建筑设计和建筑艺术方面有其独特的风格。他的设计首先着重建筑功能，在满足功能的前提下，力求建筑造型的美观，不赞成片面追求形式而牺牲实用。同时，他还重视造价经济，反对不顾经济而任意发挥，滥用高档材料。他本人所主持的以及由他精心指导的设计，识者都认为具有朴实大方，典雅自然的独特风格，造型简洁明朗，无矫揉造作、刻意雕琢之弊。赵深不仅对西方建筑有较深的研究，而且对中国的传统建筑也有厚实的根底，一向重视在现代建筑中结合运用中国的传统建筑艺术。在他回国后设计的第一座建筑——上海八仙桥青年会大楼就充分体现了这一点。尽管在30年代建筑界的“国粹主义”和中华人民共和国建国初期提倡的“民族形式”，在建筑界形成一个较大的声势，赵深对待建筑创作，仍然坚持努力借鉴传统遗产的精华，吸收和发扬建筑的民族风格或地方特性。在设计中坚持从现代功能和结构出发，不生搬硬套古典形式，而是适当运用和强调传统符号以示意的方式表达中国建筑文化的特点。在后期，他在设计上更具有新时代气息，不落窠臼，随时代步伐而前进。 赵深才华丰茂，思路敏捷，不轻易动笔，一经动笔则一气呵成轮廓，然后对细部节点反复推敲，精益求精。他不仅重视设计方案，而且对施工图纸、选用材料、施工质量也严格要求，对建筑的细部处理，装饰线脚花饰和色彩，更是亲自与设计人员研究探讨，逐个进行审核敲定。