Il 19 gennaio 1859 fu promosso maggiore generale e ottenne il comando della Brigata "Cuneo" e nel corso delle prime battaglie della seconda guerra d'indipendenza, si guadagnò le insegne di Croce di Cavaliere dell'Ordine militare di Savoia e dell'Ordine dei Santi Maurizio e Lazzaro. Dopo aver partecipato alla battaglia di Magenta il 4 giugno 1859, venne impiegato con la sua brigata nella Battaglia di San Martino dove si distinse ancora una volta conquistando per breve tempo il paese di San Martino. La sua brigata si trovò però presto sopraffatta dalle truppe austriache della controparte del generale Ludwig von Benedek, di numero nettamente superiore, al punto che la brigata fu costretta ad abbandonare la propria posizione che venne conquistata nuovamente dai piemontesi dopo un ulteriore assalto. Durante gli attacchi, il generale Arnaldi rimase però ferito gravemente da un colpo di moschetto ad una gamba che colpì in pieno il ginocchio. Abbandonato il campo contro la sua volontà, venne trasferito all'Ospedale militare "Sant'Angelo" di Brescia dove rimase in cura per qualche tempo. Morì il 20 luglio 1859 come conseguenza delle ferite riportate. Il giorno successivo ricevette una sepoltura solenne nel Cimitero di Brescia alla presenza di tutti i vincitori dello scontro.