2001年6月，赵正永调任陕西省委常委，自此在陕西工作15年之久。其中2010年6月至2016年3月，历任代省长、省长、省委书记。
到陕西后，他先后任省委政法委书记，副省长、党组副书记。2010年5月升任陕西省委副书记，次月任代省长，2011年1月任省长，由此晋升正省部级。
1年11个月后，于2012年12月任省委书记，成为主政一方的“一把手”，至2016年3月卸任。次月，他转任第十二届全国人大内务司法委员会副主任委员，至2018年3月退休。
就在他退休4个月后，2018年7月，由中央牵头整治秦岭北麓违规建别墅问题的大幕，正式揭开。
2018年7月30日，陕西省在西安召开秦岭北麓违规建别墅问题专项整治工作动员部署大会。《陕西日报》的报道称：近日，习近平总书记对秦岭北麓西安境内违规建别墅、严重破坏生态环境问题作出重要批示，要求彻底查处。
