开课不久，元贞奉命率勘察队调查甘肃矿产。对此，他异常高兴，自备工具、仪器、化学药品，携带帐篷和灶具乘骑出发。这次调查历时半年，从青海到甘肃，经河西至陇东，长途跋涉两省大部分地区，行程数千里。沿途多为高山峡谷，荒无人烟，元贞等人翻山越岭，栉风沐雨，野宿自炊，备尝艰辛。每到一地，调查十分认真，仔细询问当地农牧民的所见所闻。凡发现一处固定矿苗，即鉴定采样，作以记载。在此基础上，绘制成两省最早的《矿藏分布图》，揭示了大通县景阳岭、皋兰县孔家湾和大通河、黄河兰州以西段的白金矿，碾伯县（今为乐都县）中西沟的铅矿，贵德县都归岔儿的银矿，皋兰、永登的锰矿，靖远、白银的铜矿，水埠河的石膏矿，会宁县祖砺河的芒硝矿，碾伯县拦天门的大理石矿，连城区水磨沟的石灰石等矿的分布情况。元贞还通过实地查勘，提出窑街可设水泥厂，阿干镇煤矿可用新法采煤，刘家峡可建水电厂，享堂峡可建小型水电厂，平凉可建毛纺厂等重要建议，极富创见，是开发两省矿产资源和加快经济建设的重要依据。可惜当时和以后的民国历届省政府均未采纳，只有在解放后才得以付诸实施。

1924年，赵元贞任甘肃矿务调查局督办，兼任矿师养成所所长，全力组织和实施教学工作。当时，养成所设备充足，师资优良，教学秩序井然，学生统一着中山装，朝气蓬勃，勤奋上进，颇得社会好评。后来，陆洪涛突然辞职离陇，元贞遂被调出。而学生毕业后无人安置，自行流散，矿师养成所遂以凄寥结局。1925年，元贞调任甘肃省实业厅（后称建设厅）厅长，管理全省农、工、商、矿、林、牧、交通。一到任，创办了《实业月刊》，后改为《建设月刊》；举办了甘肃实业物品展览会和农林讲习所，建立了五泉山、徐家湾、庙滩子等处苗圃和兰州市所辖各县苗圃；测修了黄河北短堤水库；设立了兰州气象测候所；统一了全省尺、斗、秤等度量衡器的标准。1930年，省长缺职，全省政务暂由省政府八大委员主持，元贞为八大委员之一。是年，复任教育厅厅长，兼任省禁烟委员会常委、禁烟技术训练班主任，省第一届参议会参议员、秘书长和国大代表。

1931年，元贞毅然离开官场，放弃政务，以主要精力从事教育事业。先后在甘肃学院、甘肃农业学校教授化学、物理、地质、土壤、英文等课程。1939年，应兰州“八社”聘请，由八大社作校董，在兰州文庙旧址创办了兰州志果中学。次年8月，由于赵的学识和声望，董事会力荐他出任校长。由于“八社”第三筹款困难，他慷慨解囊，将自家广武门附近的52间房屋捐出济急，后又把雁滩北面100多亩沙地献出作为学生实习务农之用，使学校在危难之中得到巩固。他坚持开门办学，延聘名师任教，有时个别教师偶有疾恙告假，老校长亲自补课，绝不让学生荒疏学业。初、高中数学、物理、化学、英语、国文等课，他皆胜任。特别是他承担全校“英文典故大全”一课，以英语讲授英语提问，对学生提高很快。他爱生如子，有教无类，对官僚豪门子女，绝不特殊照顾，褒贬奖惩一视同仁；对后进学生循循善诱，启迪觉悟，做到“严而不苛，罚而不虐，爱而不溺，怜而不戚，训而不斥，责而不詈”。因而凡志果中学毕业者，皆品学兼优。

上学缴费，天经地义，这是私立学校的一条规矩；然而志果创办初期，学生到志果上学，除了象征性地收两元报名费之外，从没收过高额学费，这是赵元贞办学初立的一条规矩。在他看来，办学就是办学，不是经商，不能借办学来赚学生的钱。不要说在抗日战争那样艰苦的岁月，就是在和平年代，借办学赚钱也是当时许多有良心的知识分子所不齿的。在这种情况下，学校的正常运转只有靠有限的校产和八社的资助了。好在志果创办初只招了一个班，36个学生，连校长在内，学校的工作人员和兼职教师也只有6个人，不仅支出不多，而且许多人出于对赵元贞的仰慕和尊敬，来志果教书，纯是一种友情支援，连续多年分文不取，这无疑大大地减轻了赵元贞办学的压力。

但是随着学校的发展和教学班级、学生人数的增加，志果中学不仅有了初中，而且还办了高中；不仅招了男生，而且打破校禁，还招了女生，学生人数最多时，达 1400多人，成为陇上在校人数最多的私立学校。所聘专、兼职教师亦多达数十人，靠友情支援显然已很不现实，解决办学经费已成志果燃眉之急。据《自述》言：“经费是私立学校之命脉，在本校困难达于极点，初则校董会勒予（接济－笔者）救命，被遗弃后（和校董会意见不合所致－笔者），不得不从事募捐，有时甚至由学生演剧卖票，添补杂费。”郭寄峤任省主席时，曾命教育厅两次筹资四千元法币资助，但由于法币贬值，所助之款还不足以支付每月买纸之用，办学之艰难，非今人所能想象。

为了救急，赵元贞先捐出私房五十二间来弥补经费之不足，继而又把雁滩的百余亩私田捐出来，供学生实习务农之用。但这仍不足以解决根本问题，教室和经费仍困扰着赵元贞。作为一校之长，很长一段时间他没有自己的办公室。就在这样困难的情况下，他每学期仍不忘减、免家境困难学生的学费。

解放前，志果中学最多的一次捐款来自于青海省省主席马步芳，“文革”中，这成了造反派向赵元贞发难的一条罪状。据孟企三在其回忆文章中说， 1966年7月12日，在省政协文史座谈会上，会议主持人让赵元贞谈一谈马步芳为志果中学捐款的原因及赵和马的关系。赵元贞起立后，头一句话就是“我与马步芳无任何关系”。接着他对马资助志果中学的经过作了如下说明：×年×月（年代不详－笔者），全国工程师学会在西宁召开会议，赵应邀参加。作为该学会董事长的陈立夫在致开幕词时说：“今天来这里开会的人，都是些饱学之士，赵老博士远道来出席，为我会增加了光辉。赵老先生是早年留学美国获得博士学位的，不求闻达于诸侯而屈居一个中学校长，人不知他不愠，不亦君子乎。”席间，与会者多与赵元贞握手祝贺，以示敬意；会后马步芳约见赵，问赵办学有无困难，因是初次见面，赵没好开口要钱。嗣后，马步芳之子马继援部移师东调时，途经兰州，给赵送去法币三亿元。据孙文山老师回忆，学校用这笔钱修了两层的木结构小楼一栋，后经费不足，再次求助，马又如愿资助。建房后的余款，存入南关一皮货店，拟用此款之息养校。

1948年，赵元贞邀请已任武威师范校长有四年时间的孙文山来兰筹办志果学院。据孙老说，志果学院选址五泉山，当时已托了好多土坯，并且已有一间教室、几间宿舍和一间办公室。计划先办一个医科系和一个文史系，然后再逐步发展。依赵元贞的办学思路，像天津南开大学一样，先中学，后大学，一定要把志果学院办成全国有名的大学。但由于时局的变化，赵元贞办大学的宏愿未果。

40年代后期，元贞第二次率勘探队对宁夏省银川、中卫地区的矿产资源进行普查，最后绘成《宁夏区矿产分布图》。

建国后，志果中学改名为兰州市第二中学，元贞继续担任校长。1950年，元贞被甘肃省人民政府任命为教育厅副厅长。他以丰富的教育行政管理经验，精心指导全省教育工作，特别对筹划和发展中等教育做出了显著成绩。同时，他仍坚持到第二中学授课，完善学校教学设施，关心和解决师生工作和生活问题，深受师生爱戴。同时，元贞还担任甘肃省人民监察委员会委员、省人民委员会委员、省各界人民代表大会代表。1955年，任省政协常委。1960年，任省政协副主席，兼任《甘肃文史资料选辑》编委会主任。“文化大革命”期间，元贞受到冲击。1972年2月，美国总统尼克松访华时，询问元贞博士近况。在周恩来总理的关心过问下，甘肃省为元贞落实政策，恢复工资待遇和省政协委员、常委、副主席职务。晚年，他仍兢兢业业，尽职尽心，一丝不苟，身体力行地实践党的政治协商制度，受到各界人士的赞扬。

元贞酷爱读书，他的书橱里不但有理工科书籍，而且有全套的《四库备旨》。偶有空闭，即埋首案头。他不但读中文书，也读英文书，他常说：“要多读书，多学习，多工作，多考虑事业，少考虑做官。”他在担任高级行政职务期间，自奉清廉，两袖清风，生活非常简朴。他不吸烟，不喝酒，很少吃肉，食止果腹，衣能御寒便自足，喜欢运动，习惯步行，不爱坐车，不讲排场。20年代做的一套呢制服竟一直穿到去世。1974年，元贞在兰州病逝，享年96岁。