趙孟頫壹生勤奮，書碑之多，唐有李北海，元有趙孟頫，碑文有《玄妙觀重修三門記》、《張總管墓誌》、《湖州妙嚴寺記》、《壽春堂記》、《龍興寺膽巴碑》、《仇鍔墓碑銘》等，其中《仇鍔墓碑銘》，姚元之認為是“縱橫飛舞，真所謂書中龍象”；《壽春堂記》，鐵保跋雲：“是卷胎息大令而兼北海之恣縱，壹洗平生流媚之習，真人書俱老之境。”
趙孟頫小楷師法王獻之《洛神賦》、王羲之《黃庭經》，而王獻之《洛神賦十三行》真跡又曾屬其珍藏，其“屢嘗細觀”，曾臨《洛神賦》凡數百本，故深得其風致。他流傳下來的著作有《漢汲黯傳》、《過秦論》、《心經》、《道德經》、《黃庭經》、《陰符經》、《金剛經》等。倪瓚說道：“子昂小楷，結體妍麗，用筆遒勁，真無愧隋唐間人。”
大德四年(1300)為盛逸民書的《洛神賦》，表明趙孟頫書藝風格已經達到很高的境界。他好寫《洛神賦》，在仿效王獻之筆法的同時，為盡量將此文“翩若驚鴻，矯若遊龍”的境界淋漓盡致地表達出來，他還改用了行書。
寫於大德五年(1306)的《洛神賦》、《前後赤壁賦》表現出趙孟頫圓轉飄逸的風格。它們疏密適宜，點書前後壹致，虛婉處牽連若遊絲，沈著處起止似截鐵，壹到高興處，如《吳興賦》的後半段，行草間出，隨意揮灑，筆到法隨。
趙孟頫最有代表性的作品是《蘭亭十三跋》。至大三年(1310)秋，趙孟頫蒙詔北上大都，在運河舟中欣賞獨孤和尚給他的《定武蘭亭》，凡有心得，便寫在帖後的尾紙上，並臨蘭亭帖壹遍，這便是有名的《蘭亭十三跋》。此帖筆勢翩翩，勁健有力。
《老子道德經》、《膽巴帝師碑》和《酒德頌》是他晚年的代表作，它們壹為大字，壹為行書，壹為小楷，都是“合作”之書，其中《膽巴帝師碑》是奉敕書碑，楷中帶行，整潔中表現出瀟灑的韻致；《道德經》為小楷書，點畫精到，法度謹嚴，並且由於大小字形隨意，行筆飄逸，故使人在欣賞時並無工板局促之感。小楷《妙法蓮華經》卷與前帖相同，是同時或晚壹兩年創作的。《蓮華經》萬余言，《道德經》五千言，但二書均首尾壹致，無壹懈筆，這充分表現出了趙孟頫深厚的功力。
他的行書《酒德頌》筆頗奔放，便如包世臣所說的，“來去出入皆有曲折停蓄”，極盡筆鋒轉折變化之能事；筆畫也是瘦不露筋，肥不沒骨，既有小王的灑脫，又有大王的秀美，卻又表現出了本家的真正面目。明清諸畫家都為之題跋，對其十分推崇。