Dopo il successo von Arnim venne trasferito il 9 luglio 1942 con il suo 39º "Panzerkorps" alle dipendenze del Gruppo d'armate Centro, e prese il comando di una parte del settore nord-orientale del saliente di Ržev che da mesi era sottoposto alla continua pressione delle armate sovietiche. Dal 30 luglio 1942 il saliente venne attaccato in forze dall'Armata Rossa e le difese tedesche respinsero gli attacchi con difficoltà; il 39º "Panzerkorps" di von Arnim venne coinvolto nella logorante battaglia difensiva che terminò il 25 agosto 1942 senza risultati decisivi e con pesanti perdite per entrambe le parti. Il 25 novembre 1942 l'Armata Rossa sferrò una grande offensiva contro il saliente di Ržev che diede origine ad una nuova serie di violenti e sanguinosi combattimenti che coinvolsero anche il 39º "Panzerkorps" e si prolungarono fino alla fine di dicembre, ma il 30 novembre von Arnim ricevette la comunicazione dal generale Rudolf Schmundt, responsabile del personale al quartier generale del Führer, che egli avrebbe dovuto cedere subito il comando al generale Robert Martinek e recarsi a Rastenburg dove avrebbe ricevuto un nuovo incarico.