赵元任和胡适同年赴美留学。胡适弃农学文后，与赵元任一同选修克雷登教授的哲学课程，又结伴拜访哲学教师阿尔培，二人交谊日深。由于学业突出，他们二人及胡明复三人入选全美高校联合学会会员，一时传为佳话。

胡适回国后，在北大任教，他一直挂念赵元任，1919年3月间，他写信给身在美国的赵元任，邀他回北大教哲学，赵元任未应邀。

后赵元任回国，在胡适家中，结识钱玄同、黎锦熙等人，并一起致力于国语的推广。对此，胡适极为支持，也给予赵等人帮助。

赵元任与杨步伟婚后赴美，途经上海，恰当时胡适也在上海，胡适每天都要到赵氏夫妇住的旅馆看望攀谈。当时大家都问杨步伟是否要买些中国的东西带到美国。杨当时已经怀孕，一点不想动，但多数人以为她是因为离开医院不开心。只有胡适说：“韵卿，我想你有特别的原因了，喝点汽水什么的，也许胃口畅快一点。”杨步伟便埋怨赵元任：“你如何没想到？”胡适大笑说：“他不内行，我是有经验的，他若这个是内行就靠不住了。”

1922年，赵元任翻译《爱丽丝漫游奇境记》，此书由胡适命名。

赵元任曾编单音节故事《施氏食狮史》，胡适读后说：“那时有人要用拼音来代替我国的方块字，我要赵元任把这个故事写成拼音之后，就再没有人敢说用拼音代替方块字了！”

1930年，胡适四十岁生日之际，赵元任为他的好朋友写了一篇幽默戏谑的贺词：“胡适说不要过生日，生日偏偏到了，我们一班爱起哄的朋友，又来跟你闹了。……天天儿听见你提倡这样那样，觉得你真是有点儿对了都。你是提倡物质文明的咯，所以我们就来吃你的面；你是提倡整理国故的咯，所以我们都进了研究院；你是提倡白话文的咯，所以我们就罗罗嗦嗦地写上了一大片……”

1948年，胡适回国就任北京大学校长，他写信给赵元任说：“你们怎么还不回来，我至今还盼望元任能到北大教书。”

1949年，胡适来到美国，他写信给赵元任，说自己不愿久居外国，回去又不知道能做什么，“此事请元任替我想想，就给我一个判断，请不必告诉外间朋友。”赵元任力劝他留在美国任教，甚至要为他预订住房，赠送用书。此后，赵元任在其任教的加州大学征集签名，四处奔走，为胡适争得来加州大学讲学半年的机会。

居美期间，胡适颇为落魄，他对赵元任说：“我老了，已到了退休年纪，我有一点小积蓄，在美国只够吃两三年，在台北或台中可以够我坐吃十年而有余。”1957年11月，赵元任得知台湾“中央研究院”欲聘任胡适为院长时，马上打电话给胡适，劝其应允。

1959年，赵元任夫妇赴台访问，回美国前，胡适握住赵元任的手，久久不愿松开，他对赵元任说：“退休后早点回来工作，训练我们国家的青年！”

胡适晚年在台湾并不开心，在给赵元任的信中他写道：“这大半年来所谓围剿《自由中国半月刊》事件，其中受围剿的一个人就是我。所以我当初决定要回去，实在是如此。（至少这是我不能不回去的一个理由。）……甚至于我在1952年～53年说的话，他们至今还记在账上，没有忘记。”

胡适去世后，赵元任极为悲痛，他根据胡适生前录音撰成《绩溪北岭音系》一文发表，又将胡适写给他的数十封私人信札整理刊发。1968年深秋，76岁的赵元任来到台北南港，在胡适墓前徘徊良久……

而赵元任去世后，他的女儿惊讶的发现，父亲故去的时间竟与他的至交胡适逝世的时间为同日且为同时，只是前后相差整二十年。