Nel 1981 Arnoux si ritrovò un nuovo compagno di squadra: dopo un grave incidente subito alla fine della stagione precedente Jean-Pierre Jabouille aveva lasciato la scuderia e al suo posto era stato ingaggiato il giovane Alain Prost. L'inizio stagione fu molto difficile per il pilota francese, soprattutto perché si aspettava l'introduzione della Renault RE30 in sostituzione della RE20, tanto che mancò anche la qualificazione al Gran Premio del Belgio. Nella seconda parte di stagione, però, le sue buone prestazioni in prova non si concretizzarono in gara, in quanto non andò mai oltre un secondo posto, ottenuto al Gran Premio d'Austria. Il pilota transalpino venne però spesso danneggiato pure da inconvenienti tecnici, in quanto avrebbe potuto vincere il Gran Premio di Gran Bretagna se non fosse stato fermato da un guasto al motore. Il suo compagno di squadra, però, era regolarmente più veloce di lui e tra i due non vi era simpatia, che si sarebbe tramutata in accesa rivalità l'anno seguente. Arnoux chiuse quindi la sua stagione con soli undici punti ottenuti al nono posto in classifica piloti.