Kort na de aanval op de Sovjet-Unie, waar zijn divisie in de sector van het Panzergruppe 2 in de "Heeresgruppe Mitte" ingezet werd, raakte Arnim bij Stolpce in Wit-Rusland gewond. Hij werd voor een lange tijd in een ziekenhuis in Duitsland opgenomen. Nadat hij op 4 september 1941 met het Ridderkruis van het IJzeren Kruis onderscheiden was, nam hij midden september wederom weer het commando over de divisie op zich. Gedurende de dubbelslag bij Wjasma en Brjansk, lukt het de divisie in een klap Brjansk te veroveren en zo een aanval op Toela uit te voeren. Het 17e Pantserdivisie onder leiding van Arnim, was de enige divisie in de Wehrmacht die het beruchte "Kommissarbefehl" niet doorvoerde.