这一年的秋天，赵充国由于过度操劳，病倒军中。这时的先零，虽然被赵充国击败，退到湟水西岸，但主力犹存，一旦喘息已定，仍有兴兵犯境的可能。宣帝见战事经年未决，而赵充国又“年老加疾，一朝之变（病故）不可讳”深感忧虑。见赵充国按兵不动，就派破羌将军辛武贤去做他的助手，催促他“急因（趁）天时大利，吏士锐气，以（在）12月击先零羌”。
在此期间，羌人已有一万多人相继归降，只剩下为数不多的人马在负隅顽抗，原先汇集到这里的五六万汉军，继续留在边境只能徒费粮草，而且东方和北方的边防已显空虚，实在没有全部滞留的必要了，赵充国考虑到叛军余部虽不能马上制服，但其土崩瓦解已指日可待，就决定采取“屯田之策”，撤回骑兵，留万余步兵屯田，既可待机破敌，便于持久作战；亦能解决粮草营运困难，压缩军费开支，以减轻国家负担。
屯田之事，始于汉文帝时，武帝、昭帝两朝也采取过这项措施，除了让边塞戍卒在驻地屯垦，自给自足以外，主要是征召农民，从内地迁徙人口，到边郡开荒种植，充实当地经济，利于战时征调。而赵充国采取的“屯田之策”，是在前代民屯，戍屯基础上，让执行作战任务的野战部队，在战斗间歇时从事农耕，以农养战，以战护农，兼收养兵与讨敌的双重效益。仅此一策，既可保证对羌作战的最后胜利，又使汉朝边防得以长治久安，这是军事史上前所未有的创举。
可是，赵充国建议屯田的奏章还没递交上去，却接到了宣帝下达的进兵旨令。中郎将赵邛（赵充国之子）很为父亲担心，就请人去劝赵充国：如果真的大军出击，会丧师辱国，您坚持按兵不动是应该的。但若只是有利与不利的问题，又有什么值得争执的？“一旦不合上意，遣绣衣（御史）来责将军，将军之身不能自保，何国家之安？”听了此言，赵充国十分感慨，他叹息说：“这是多么不忠心的话啊！当初若用我之计，羌人何至如此猖狂？以前推举可去西羌的使臣，我举辛武贤丞相、御使却奏请派遣义渠安国，结果坏了大事。金城、湟中谷米八钱一斛时，我对大司农中丞（大司农，掌管全国粮食租税的官吏。中丞是其属官）耿寿昌说，买进200万斛，羌人就不敢轻举妄动了。耿中丞只申请买进100万斛，实际才买到40万斛罢了。等到义渠安国二次出使，又用去了一半。失此二策，羌人故敢为逆。失之毫厘，差以千里，这都是过去的事了。如今兵久不决，四方民族一旦发生变故，乘机起来生事，再有谋略的人也难以收抬局面，难道只有羌人值得担忧吗？”于是不计个人得失，决心犯颜直谏：“吾固以死守之，明主可为忠言”。毅然上书，请求屯田。
赵充国在《屯田奏》中，先从用兵之道谈起，申明军事活动直接关系国家安危，“举得于外，则福生于内，不可不慎”。一个正义的国家，用兵应以“明德除害”为目的，非不得已，不能乱施杀伐。接着又分析了国内外形势，指出：“难久不决，徭役不息”，连年征战，军需费用庞大，国内百姓难以承受繁重的赋税，战事持续下去难免有后顾之忧。一旦“它夷卒有不虞之变，相因并起”，即使勉强出兵，势必顾此失彼，后果不堪设想。就目前羌军情况看，“易以计破，难用兵碎（碎，击溃）”，更不宜于马上发动进攻。赵充国希望宣帝能够明白，由于这次对羌战争，使汉朝在军事、政治、经济上已明显地出现了不利迹象，恐怕已禁受不起再一次错误，除了屯田，别无良策。
其实赵充国对屯田一事早就做了具体的布置和安排。他先使人察明哪些土地可供屯田之用，而后派将士入山伐木，将六万多根原木放在上游河畔备用，可见他是下定决心要彻底实施这一“千古之策”的。在《屯田奏》中，他详谈了自己的计划：“经过测算，可供军队屯垦的土地，包括汉家公田、羌人弃田及汉民未垦荒地，约2000顷以上。而这一带人烟稀少，又有许多废弃的驿站，条件最为适合。希望能撤回骑兵，留下驰刑犯，征召的士卒及淮阳、汝南步兵与自愿随军的官吏，共计10281人，每月配给谷物27363斛，盐308斛，分别屯驻在要害之处。待来春河开，将原木顺水运下，修缮驿站房屋，疏通渠道，建道桥70座，至鲜水便可畅通无阻。春耕时节一到，每人分配20亩耕地。到四月草生，派郡中骑兵与属国精骑各1000人，每千骑配副马200匹，在水草丰盛处放牧，替耕作的军兵巡逻警戒，到秋将农牧产品充入金城郡，“益积蓄，省大费”两全其美。
赵充国的这一屯田计划，涉及了农业、畜牧、水利、交通、边防等诸多事务，它要求规划者既要通晓建筑营造，更要精通经营管理，本身就是一项庞大的工程。
宣帝对赵充国的屯田计划表示赞赏，但是这项计划与早靖边陲是否紧密相关呢？因此他又将信将疑地询问赵充国：“既如将军之计，虏当何时伏诛，兵当何时得决？”命赵充国考虑成熟以后，马上汇报。
针对宣帝的疑虑，赵充国又据理详析：“作为天朝大国所采取的军事征伐，要‘以全取胜’，贵在重视谋略，尽可能减少实际交兵，‘战而百胜，非善之善者也’。所以兵书上有‘先为不可胜以待敌之可胜’的说法。就伐羌而言，少数民族的风俗习惯虽然与我们不同，但他们欲避害就利、爱亲戚、畏死亡的心理，和我们是一样的。如今他们失去了赖以生存的肥沃的农田和丰茂的草地，正为远别家园，骨肉离散而愁苦，早已军心涣散了。而今陛下圣明，罢兵屯田，凭借天时地利，以待可胜之敌，羌人‘虽未郧伏诛，兵可期月而望’，全胜的日子不远了。羌人的力量已经瓦解，先后归降已有10700多人，还有70多人答应回去劝降，这全是因为先前分化敌人的策略生效的缘故。”
接着赵充国又全面地总结了屯田的好处，统称“不出兵留田便宜12事’。屯田之策，能使汉朝在军事上“坐得必胜之道”。由于上万人留在边境，使边防力量倍加强大，震慑着羌军，使羌人虽有良田青草，却不敢回来，只好逃窜到寒冷地带，贫病交加，受尽风霜之苦，人人生叛逃之心。汉军不必涉险出击，不用付出死伤代价，仅因自然条件的恶劣，就足以使敌人疲惫不堪，失去作战能力。在政治上，可以“信威千里”。以屯田部队的精良装备向羌人示威，也使其他相邻小国不敢乘机生事。由于暂时停止了军事征伐，大开、小开等处于观望的羌族部落不至于因受到惊动而制造混乱。同时也为控制西域打开了安全通道。百姓负担减轻，国内局势稳定，就可以避免不测事件的发生。在经济上，可以“省大费”，“不失农业”。由于屯田士兵的存在，小股羌军不敢再来骚扰边境居民，使他们可以同屯田部队一同耕作，不误农时。主力骑兵的撤退，减少了大量开支，减轻了国家的负担。屯田部队农闲时砍伐的木材，除满足军用外，运入金城，增加了边郡的物资贮备。
“留屯田得12便，出兵失12利”，赵充国将屯田的诸多益处一条条地排列出来，向宣帝表明屯田势在必行，希望宣帝能打消疑虑，早做决策。
然而宣帝的疑虑还是没有打消，他对这场战争仍然急于求成。在诏书中，再一次问赵充国：“卿所说的‘虏虽未伏诛，兵决可期月而望’，‘期月而望’者，谓今冬耶？谓何时也？”要求赵充国给予明确的答复。随后对敌情提出两点异议：敌人见我休战屯田，必然成帮结伙，攻扰驻军，侵袭百姓，“将何以止之”？大开、小开对汉朝深存戒心，常恐再发生当初义渠安国不分善恶格杀羌人的事，“今兵不出，得无变生，与先零为一”。命赵充国仔细斟酌，拿出对策。
于是赵充国三次上书，对宣帝的质疑逐一做出解答，进一步说明屯田御敌，万无一失，以坚定宣帝的信念。
赵充国先解释了终止战争的时间问题：目前先零的精兵只剩下不到七八千人，而这些人又背井离乡，在流窜中忍饥受冻，叛逃的人越来越多。而罕、开、莫须等部族又经常抢夺他们的眷属和牲畜。这都是因为陛下发布了有罪者相互捕斩有赏的圣明旨令。由于我们的计谋正在发挥着极大的威力，臣认为破敌致胜的最后时刻指日可待，最远不会超过明年春天。所以说“兵决可期月而望”。
接着赵充国又肯定了屯田士兵的防御能力：在北部边塞，自敦煌至辽东11500余里的边境线上，只有几千戍卒守护着烽火台，匈奴几次大举进犯均未成功。现在留下屯田的步兵万人以上，地势平坦，附近又有高山可供瞭望，士兵们高筑寨垒，备足刀枪弓弩，各作战单位遥相呼应，一有情况便可马上进入战斗状态，这种以逸待劳的打法，对我们极为有利。屯田的好处，又在于它“内有无费之利，外有守御之备”，虽撤走骑兵，可是敌人看到我们留万人屯田，做势在必得的准备，他们溃败归降的日子也就不远了。到三月底，敌人的战马由于得不到适当的喂养而瘦弱，他们怎敢把家属寄放在别的部族中，远涉河山来冒生命危险。又见精兵万人驻守在此，更不敢把家眷带回故地，我们不必出战，就能让敌人自取灭亡。
至于小股敌人散兵侵扰百姓的事，赵充国认为，“其原未卒可禁”，是常有的事，不能因此动用大军。正如兵法上说的“战不必胜，不苟接刃；攻不必取，不苟劳众”。如果出兵的目的仅在杜绝少量敌人侵扰军民，而不是消灭先零，那倒可以出兵惩戒他们。既然我们并非仅以此为目的，就不要放弃制胜的机会，去做兴师动众，得不偿失的事。更何况，大兵一旦开拔，回师时就不能在此停留，湟中也不能空虚，这样一来，又得征发徭役了。而且匈奴不可不备，乌孙不可不忧。眼下前线运输繁重，“倾我不虞之用以赡（供给）一隅”，极不妥当。
在谈到大开、小开局势时，赵充国认为，汉朝已派人带重金前往安抚诸羌，表明态度，他们应当有归顺之意。虽然他们说过“能否乱杀羌人”这样的话，这不能说明就会有别的想法，若因此发兵，出师无名。
最后赵充国表明了自己的抉择：假如臣为个人着想，奉旨出塞，率军远征，完全可以“穷天子之精兵，散车甲于山野”，这样虽然不能立下赫赫战功，总能避开怕战的嫌疑，事后也不必担任何责任。但是臣不能这么做，这种念头分明是“人臣不忠之利（私利），非明主社稷之福”。
赵充国以其非凡的谋略思想和无可辩驳的事实依据，终于使宣帝对这项“千古之策”深信不疑。他在诏书中说：“……今听将军，将军计善……将军强食，慎兵事，自爱！”表达了一个君主对七旬老将的无限信赖、殷切关怀和最终的理解。
由于破羌将军、强弩将军多次主张出战，宣帝不忍拒绝，同时也怕敌军袭击赵充国的屯田部队，于是“两从其计”，同意两将军与中郎将赵邛出击。强弩将军招降4000余人，破羌将军斩首2000级，赵邛斩杀与招降也有2000余人，而赵充国虽未出击，却又收服了5000余人。这时罢兵的诏旨也已下达，大军撤回，只留赵充国执行屯田计划。
第二年五月，赵充国又上奏宣帝，告知目前的羌军人数，已由原来的5万余众，因前后斩杀7600多，投降3.12万，溺河、冻饿而死的有五六千人，最后剩下的残余叛军，最多不过4000人。而这4000人，羌人首领糜望等已保证尽早劝其归降。据此，赵充国认为屯田的目的已经达到，请求撤回屯田的军兵。宣帝准其所请，于是赵充国振旅而还。
这年秋天，罕开的首领若零、离留、且种、儿库合力诛杀了先零大头领犹非、杨玉，糜望与弟泽、杨雕、良儿等人率4000残部归降汉朝，至此西羌叛乱被彻底平定。
赵充国回京后，上疏宣帝，请求辞去后将军之职，回家休养。直至晚年，“朝廷每有四夷大事，常与参兵谋，问筹策焉”。甘露二年（前52年），赵充国病逝，享年86岁。鉴于他一生功高盖世，宣帝赐他谥号为“壮侯”，并把他的形象画在未央宫的麒麟阁上。汉成帝即位后，又命黄门郎杨雄在像傍题颂，表达对前代老将的追念。
作为一名军事家，赵充国冷静持重，富于作战经验和谋略思想，一旦领兵出征，则能“便宜有守”，不为最高决策者的错误主张所左右。他提出的“留兵屯田”千古之策，解除了汉朝的边疆危机，减轻了百姓徭役负担，也为后世的军事、政治活动提供了宝贵的经验。
