Im 50 km Gehen wurde er bei den Leichtathletik-Weltmeisterschaften 2011 in Daegu Zehnter, 2013 in Moskau Elfter und 2015 in Peking Vierter. Bei den Weltmeisterschaften 2017 in London gewann Arai die Silbermedaille im 50 km Gehen. Den bis dahin größten Erfolg seiner Karriere feierte er mit dem Gewinn der Bronzemedaille im 50 km Gehen bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro.