对于元初的书学思潮，元代的文人开始对南宋书坛进行了反思，认为责任在于苏、黄、米的革新。基于众人的反思，赵孟頫适时地打出了“复古”的旗号。他认为，学习书法，应当把王羲之、王献之父子作为不祧之祖，其本人在书学实践上更是以二王为宗的。据赵汸《东山存稿》记云：“往岁游吴兴，登松雪斋，闻文敏公门下士言：‘公初学书时，智永《千文》临习背写，尽五百纸，《兰亭序》亦然。’”赵孟頫学习智永《真草千字文》、《兰亭序》莫不是为了追溯东晋之风，同时也是对以王羲之为代表的艺术、伦理、情操、人格的古典之美的追求。
对于赵孟頫的书法成就，《元史》本传云：“(赵)篆、籀、分、隶、真、行草书无不冠绝古今，遂以书名天下。”而在赵氏诸体之中，对后世影响最大的当属其“赵体”楷书。目前存世的赵孟頫大楷作品有《玄妙观重修三清殿记》、《玄妙观重修三门记》、《胆巴碑卷》、《湖州妙严寺记》、《道教碑》等，皆为其大字楷书代表之作。笔者试图以《胆巴碑》为例来分析赵孟頫的大字楷书。《胆巴碑卷》现藏于故宫博物院，全称为《大元敕赐龙兴寺大觉普慈广照无上帝师之碑》，胆巴是元代著名僧人，1303年(大德七年)夏，胆巴仙逝。皇庆年间，元仁宗追封其为“大觉普慈广照无上帝师”，1316年(延祐三年)六月，当时已63岁的赵孟頫奉敕撰写此碑。
《胆巴碑》是赵孟頫晚年楷书作品中的代表作，全碑书法取横势扁方格局，又因字赋形，兼取纵势，纵横相间，匠心独运;字体俊逸秀美，神采焕发，又法度谨严，不逾规矩，于端庄严正中时见潇洒天真的韵致。用笔上，赵孟頫往往以露锋为主，如“兴、梵、华、起”4字在横画的起笔处多以露锋为之，这种书写方法比藏锋更趋便捷、简易，更富有变化，但不及藏锋厚重、饱满。赵氏书写时虽以露锋为主，有时又因笔势的连带，以藏锋起笔。在横画的收笔上，赵氏以简单的回锋为之。赵孟頫认为，“结字”因书家的习惯不同而不同，但是用笔的道理却是千古不易，这个用笔道理既是中锋用笔。“力求中锋”这一概念早在东汉时期蔡邕在《九势》一书中已阐释得非常清楚，即通过对手的调整，令笔心经常保持在点画中行，也就是由侧归中，力求中锋的过程。赵孟頫在楷书中的中侧互用，调整甚为得法，其往往侧锋入笔，但通过迅速的提按，调整为中锋。赵孟頫的楷书除大字楷书外，其小楷更是为赏鉴家所称道。如其在38岁时所书《过秦论》，鲜于枢在卷后跋云：“子昂篆、隶正行颠草俱为当代第一，小楷又为子昂诸书第一。”赵孟頫传世小楷代表作除《书褉帖源流卷》、《过秦论》、《洛神赋》等外，还抄写过大量的佛道经卷。《书褉帖源流卷》为长篇小楷，无年款，据赵孟頫在其56岁时的自题知此书作于20年前，此帖用笔古拙，赵氏虽自云学钟繇、萧子云等人，但观此帖，却为智永笔意。由于此作结体不甚稳固，用笔上亦欠精致，时至今日亦有不少学者将其定为伪作。其实，赵氏小楷确为其是，且其56岁时的自题也确为真迹无疑。同时的小楷书法还有跋《曹娥碑》，相对于《书褉帖源流卷》，此卷更为精致，但笔意相同。至元二十九年(1292)跋《梦奠帖》、元贞元年(1295)跋《兰亭帖》，其小楷在结体上尚未大变，但笔画明显更为扎实、厚重;有的字入笔颇具斩截之势。总而言之，赵孟頫的小楷备极楷则，笔力柔媚、风采奕奕，现代学者称赵孟頫的小楷具有“缜密”和“飞动”两大特色，两大特色的融合也足以说明赵孟頫小楷书法的高超功力。
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赵孟頫的行草书作品众多，他的行书如《兰亭十三跋》、《归去来辞卷》、《雪晴云散帖》、《赤壁赋》等为其代表作，草书作品不及行书及行草书多，但也时而见之，如《与鲜于枢尺牍》等。赵孟頫的行书可谓直入山阴之室，特别对《定武兰亭》情有独钟。行书《兰亭十三跋》作于1310年(元武宗至大三年)，当时赵孟頫应召赴京，其好朋友吴静心与他同行，为打发旅途的劳顿和闲暇，吴森将随身携带的《定武兰亭》供赵氏把玩，舟至南浔，赵孟頫又得到独孤长老本《兰亭》，连睹至宝，甚为惊喜的赵孟頫对两本《兰亭》先后临摹3次，并在独孤长老本后题跋13次，在静心本后题跋15次。赵孟頫此卷书法作于其57岁时，行草书亦达炉火纯青之境。从作品局部来看，我们发现此作体势颀长、遒劲纵逸;用笔上，含蓄内敛，线条粗细变化莫测，秀逸天然，一气呵成;从作品整体上来看，二王遗风浓郁，特别接近王羲之的《兰亭序》，但与之相比更为妍媚。因此作于其气定神闲、赏心悦目之时，当为其极得意笔。另外，现藏上海博物馆的《十札卷》是赵孟頫行草书重要作品，其为赵孟頫写给其姻亲石民瞻及石民瞻的亲戚仁卿的信札，3人都是爱好文学艺术的风雅之士，信的内容虽然主要是家常琐事，但也涉及到文学书画、古董器玩等反映文人精神品味的内容。对于此卷的书写年代，现代鉴定大师徐邦达先生认为此十札作于1299年(大德三年)到1309年(至大二年)之间。此卷在书写风格上，清劲秀逸，优雅从容，深得二王风范。虽不及王字圆厚、跌宕，但在历代学王者中，难以找到雁行者。总而言之，赵孟頫的行草书深得二王遗意，几乎融汇了二王书风中所有的技巧，笔法蕴藉沉稳，笔意纵横，流利飞动，多姿多态，秀逸清新，其将李北海、徐浩、柳公权、陆柬之等人的笔法，交叉于融汇于二王之中，显出赵氏极强的融会贯通的能力，而在其流传至今的行草书作品中，最接近晋人风度的，则数流传下来的大量信札、题跋作品，信手拈来，非常自由随意，由其信札尺牍中，不仅可以看到汉魏六朝潇洒纵逸的神态，亦可见唐代书法严谨森然的秩序。
元代擅长篆、隶书的书家为数不少，其中如周伯琦、吾丘衍、俞和、泰不华、杨桓等人都是擅写篆、隶的高手，作为当时的书坛领袖，赵孟頫亦对篆、隶书深有研究。现在流传至今的赵氏篆书作品多为一些碑额、墓志铭及题画文字等，如墨迹碑额作品《玄妙馆重修三门记》、《张总管墓志铭卷》、《湖州妙严寺记》、《帝师胆巴碑》等。从此些作品看来，赵孟頫的篆书风格可以分为两类：一类为遒劲流畅，线条较细挺的，属李阳冰一路，如《玄妙观重修三门记》、《湖州妙严寺记》等;另一类为敦厚方阔，线条较粗，沉稳厚重，间有汉篆风范，如《张总管墓志铭卷》、《帝师胆巴碑》等。杨载撰写的《翰林学士赵公行状》称：“(赵孟頫)篆则法《石鼓》、《诅楚》;隶则法梁鹄、钟繇。”但从其具体的篆书作品中发现赵孟頫受唐宋书法家李阳冰、徐铉等人端整精雅书风的影响更大。赵孟頫传世的隶书作品极少，其成就也不及其篆书，隶书碑刻仅有《上善池隶书榜书》，墨迹存有伪托其名的《四体千字文》和《六体千字文》，从这3件作品可大致推断出赵孟頫的隶书仍是以楷书的用笔、结体来写隶书，笔画平硬如“折刀头”，在掠笔和横画的波挑上尽力表现隶书的燕尾。同样赵孟頫的隶书也没有像他学生杨载所说的“隶则法梁鹄、钟繇”。在赵孟頫影响下，章草逐渐的复兴。然观赵孟頫流传至今的章草作品，我们发现其已失去了古朴的气息，而显示出今草的趣味，大抵是因为元代的篆隶书没能得到长足的发展，当时的书家在深受真、行、今草书陶冶的基础上作章草，这可谓是新型的章草书，是具有今草气象的章草。
赵孟頫的书法对书法史最大的贡献是他对晋唐古法的追求，其影响之大，在元明清三代无出其右，胡长孺就曾评论其到“上下五百年，纵横一万里，举无此书”，这并不是一句夸张的评论。在赵孟頫去世之后，他的家人和学生竭力发扬其高举的复古旗帜，如赵雍、虞集、柯久思、张雨、王蒙等人都受到其直接或间接的影响，明代的文徵明、祝枝山等人也从他这里汲取营养。直至清代的乾隆年间，因为乾隆皇帝对赵孟頫书法的推崇，赵体书法更是风靡一时，甚至影响到当时的刻书业。可以说，赵孟頫在书法史上是上承晋唐、下开明清的一位桥梁式的人物，是继王羲之、颜真卿之后又一位里程碑式的书法家。