В 1794 году Арсеньев состоял начальником русского гарнизона в Вильне, когда в ночь на 9 апреля, день Святой Пасхи, поляки совершили вероломное нападение на русских и перерезали большую часть гарнизона. Николай Дмитриевич Арсеньев и с ним около 60 офицеров и 600 рядовых были захвачены в плен, в котором оставались до занятия 1 сентября того же года Вильны войсками Богдана Фёдоровича Кнорринга.