Anschließend war Diomedon in der Schlacht bei den Arginusen einer der Kommandanten in vorderster Linie, wo er an der Seite des Oberkommandierenden Aristokrates das linke Zentrum befehligte und den spartanischen Seeherrn Kallikratidas besiegte. Nach siegreicher Schlacht setzte er sich im Feldherrenrat für die vordringliche Rettung der Schiffbrüchigen ein, konnte sich jedoch nur teilweise durchsetzen, da der größere Teil der Flotte für die Verfolgung der flüchtigen Feinde und den Entsatz der Eingeschlossenen in Mytilene abgestellt wurde.