1950年10月，當時在地方工作的趙南起，因為是朝鮮族懂朝鮮語，被調入中國人民志願軍司令部作戰處擔任參謀，與同為作戰處參謀的毛岸英共事，直至毛岸英犧牲。

2000年毛岸英犧牲50周年紀念日時，趙南起參加了在人民大會堂舉行的紀念毛岸英犧牲50周年座談會。在觀看新攝製的電視專題片《毛岸英——在抗美援朝》時，趙南起不禁感慨：「毛岸英犧牲在抗美援朝的戰場上，他是毛主席的兒子呀！我們當初這些普通的人，不僅活了下來，後來都有了老婆、孩子、官位，什麼都沒耽誤，可他卻再也沒有歸來，最後連屍骨也沒能運回國……。」

針對關於毛岸英死因的種種猜測與抹黑，如蛋炒飯說、烤蘋果說等等，趙南起作為那場轟炸的親歷者，以自己的親身經歷予以駁斥：毛岸英同志是1950年11月24日犧牲的。前一天，敵機到大榆洞偵察了三次，我們估計第二天可能會有事兒。24日早晨天還不亮，我們簡單吃過早飯後就都上山了。

上午10點左右，四架美國飛機鑽出雲層，掠過了大榆洞。敵機過後，警報沒有解除，我們仍待在山上。這中間，毛岸英不顧生命危險，下來處理急件。處理完以後，他可能想去再找點吃的。現在的人根本想像不出我們平時吃什麼。那天早上沒有飯，吃的是高粱粥，還不是高粱米粥，因為高粱的皮都還沒有褪掉。那時候根本沒吃的，只能找點高粱熬粥當飯。高粱皮都還沒剝開，吃進去後，拉出來的還是高粱。所以，毛岸英處理完檔以後，可能到彭總那兒找點吃的。有些人光強調後面這點，說弄飯時被炸死了。其實不是，是處理公務，完了以後餓了找飯吃。

就在幾分鐘後，敵機突然返回，直接瞄準洞口的兩棟房子，一個俯衝下來，投下了凝固汽油彈。瞬間，這兩棟房子變成了火海。我馬上意識到，岸英同志下去以後沒回來。我的第一反應是：出事了！敵人飛機走後，我是第一個下去的。當時房子都燒著了，離房子30多米的地方有兩具屍體，也都燒焦了，已經認不出誰是誰。我知道，毛岸英身上有兩件標誌性的東西，一個是他的手錶，一個是手槍。他有一塊蘇聯手錶，是他的岳母送給他的；蘇聯衛國戰爭勝利後，史達林為了表彰毛岸英在衛國戰爭中的表現，曾送給他一支手槍作為紀念，他一直帶在身上。我根據這兩樣東西，終於辨認出毛岸英的遺體。後來管理處的處長叫來十幾個人把遺體用白布包起來，就地找了一些木板，簡單做了一個棺材，臨時安葬在他犧牲的地方——大榆洞的一個山坡上。一起犧牲的還有彭德懷的一個作戰參謀。

毛岸英犧牲後，趙南起立刻向彭德懷報告，直到此時他們才知道犧牲的是毛澤東的兒子。毛岸英犧牲後，關於他的後事有兩個選擇，一是在朝鮮安葬，一是運回國內安葬。當時志願軍師以上幹部犧牲後才運回國內安葬，因而彭德懷傾向於在朝鮮安葬，「那麼多的志願軍將士犧牲後都安葬在了朝鮮，毛岸英已經犧牲了，不必再脫離其他烈士」。最終，由彭德懷請示，經毛澤東同意，毛岸英安葬在了志願軍司令部附近的檜倉郡。

1998年趙南起當選為全國政協副主席，在所有新當選政協副主席中，他是惟一的解放軍高級將領。2000年，趙南起率中國全國政協代表團訪問韓國，在離家60多年後返鄉。這本來是一次普通的訪問，卻因趙南起具有韓國血統的特殊身世而轟動韓國朝野。韓國方面以最高禮節歡迎趙南起，韓國總統金大中在青瓦台會見了代表團。

1998年趙南起率中國全國政協代表團訪問朝鮮時，還曾專程前往檜倉志願軍烈士陵園祭奠毛岸英。由於與毛岸英接觸較多，趙南起對毛岸英評價很高，在他看來「毛岸英在政治上確實很成熟。我常想，假如毛岸英還活著，文化大革命就可能不發生，或者他不會讓江青的‘四人幫’那樣倡狂……」。1948年，對於毛岸英在土改中的表現及他總結的有關土改工作經驗，周恩來也曾給予過很高的評價。