1905年回到家鄉後，其時適逢寧波教育會成立，他被推為評議員。為推進寧波地方教育，培養師資尤為當務之急，趙家藝提請教育會議定，成立寧波師範學堂，以月湖書院舊址改建校舍，同時與契友陳訓正（屺懷）密商組織反清革命，為此，與陳訓正等人一起參與育德農工學堂的創建，把它作為秘密集議的地方。1906年趙家藝離甬赴滬，與其兄家蕃同住一處。寧波的革命活動主要由陳訓正主持，但滬甬之間仍有密切聯繫，主要聯絡人是趙家藝。兩地重要通訊，皆由滬甬輪船中可靠之工發直接傳遞，有時候家藝也親自往滬甬間共相商議，由於趙家藝的聯絡，寧波革命始終在上海指導之下。
1911年7月31日，陳其美、宋教仁、譚人鳳、楊譜笙等籌組中國同盟會中部總會在上海成立，為壯大同盟會組織，趙家藝授命回寧波發展同盟會組織，經過家藝的聯絡，同盟會寧波支部正式成立，趙家藝被推任支部長，受同盟中部總會領導。
