1950年8月29日,他和钱学森夫妇等一起登上美国威尔逊总统号轮船,同船的还有傅鹰、邓稼先、涂光炽等近百名留美学者。
正要启航时,美国联邦调查局特工突然上船搜查。钱学森八百多公斤的书籍和笔记本被扣下来,钱学森本人也被被关到特米那岛上——在那里,看守人员夜晚每隔十分钟就开一次电灯,不让他休息。
赵忠尧也受到了盘查,几十箱东西全被打开。幸好他早在一个月前就已将其中的重要资料和器材托人带回中国了,其余的零部件他又拆散了,随意装箱,也查不出什么来。
船放行后,在海上颠簸数日,眼看就要到达祖国了,但谁也没想到,美国当局在调查归国名单时发现了赵忠尧的名字,为了阻止其回国,美国当局不惜连下三道阻截令,想要扣押赵忠尧。
最终,在船只经过日本横滨时,遭到了美国驻军的拦截,赵忠尧也被送进了日本的监狱,随身行李中的实验记录等重要东西全部扣留。
在监狱中,台湾驻日代表团派人软硬兼施,要把赵忠尧等人带到台湾去。有一次甚至让他面对一堵墙站好,美国宪兵在他背后拉枪栓威胁:如不承认“罪行”,或者不回美国或者不到台湾去,就枪毙他。
与此同时,台湾当局派人对赵忠尧进行劝慰,向他们提出两条路,一条路是回美国,继续做他们的科学研究工作,另一条路是回台湾,那里一定会给他们最好的待遇,让他们选择。台湾大学校长傅斯年也发来电报,聘他为台湾大学教授。
但他那时回国的决心已定,反正除了中国大陆哪儿也不去,一一回绝了这些纠缠。
很快,赵忠尧被以“莫须有”的罪名关进监狱的消息传回了国内,在国际上引起轩然大波,世界科学界对此表示强烈抗议,周恩来总理更为此发表了严正声明,强烈抗议美国所为。
最终美国在舆论压力下,不得不释放了赵忠尧。