Anschließend diente Arnim 1621 Sigismund III. Wasa, dem König von Polen-Litauen, einem vom schwedischen Thron vertriebenen Vetter und Erzfeind Gustavs, mit einem Regiment von 3000 deutschen Fußsoldaten und 400 Arkebusierreitern und seinen Offizieren Hans Friedrich von Sparre, Hans von Götz, Hans Caspar von Klitzing und Christoph von Klitzing und anderer siegreich in der Schlacht bei Chocim im Kampf gegen die osmanischen Türken. Er erhielt im Februar 1622 nach erfolgreicher Schlacht seine Entlassungsurkunde aus polnischem Dienst, da er sich nur gegen die Osmanen, aber nicht gegen Schweden verpflichtet hatte, was Gustav beruhigte, und ging über Neu-Stettin auf sein Schloss Boitzenburg. Kurz diente er dann dem Söldnerführer Mansfeld und 1624–25 ebenfalls kurz noch einmal König Gustav Adolf in Stockholm.