Han var med på stiftelsen av Norges Socialdemokratiske Ungdomsforbund sommeren 1903 og ble valgt til forbundets første nestformann. Da den valgte lederen, blikkenslager Carl Øien reiste hjem til Ålesund etter den store bybrannen i januar året etter, var Arnesen i realiteten formann, og ble valgt til dette senere samme året. Han var formann fram til 1905 og ble sekretær i Det norske Arbeiderparti 1911.