1939年9月に第二次世界大戦が勃発すると、海軍は有事即応準備を行なった。アーカンソーはノーフォークの海軍航空基地からナラガンセット湾に設立される水上機基地へ水上機と飛行設備を輸送した。ニューポートでアーカンソーは駆逐艦用の砲設備を搭載し、ハンプトン・ローズに運送した。アーカンソーは戦艦テキサス (USS Texas, BB-35) およびニューヨーク (USS New York, BB-34) と共にノーフォークを1940年1月11日に出航し、グアンタナモ湾で艦隊演習を行なった。その後2月クレブラで上陸訓練を行い、セント・トーマス経由でノーフォークに帰還した。ノーフォーク海軍工廠で3月18日から5月24日までオーバーホールを行なった後、海軍作戦基地(ノーフォーク)へ移動し5月30日まで停泊した。その後アナポリスへ出航し、テキサス、ニューヨークと共に海軍兵学校生を乗せ、パナマとベネズエラへの訓練巡航を行なった。1940年の年末までにアーカンソーは三度の予備役兵の訓練巡航を行なった。この巡航ではグアンタナモ湾、パナマ運河地帯、チェサピーク湾を訪れている。戦争開始から数ヶ月が経ち、アメリカ海軍は徐々に大西洋へ進出した。アイスランドを占領する決定がなされ、その夏アーカンソーは初の実戦任務に就いた。ニューヨークおよび軽巡洋艦ブルックリン (USS Brooklyn, CL-40) とともに船団警護を実施した。続いて、ニューファンドランド・ラブラドール州アージェンティアのプリンス・オブ・ウェールズ艦上で行われたルーズベルト大統領とチャーチル首相の会談に同行し、1941年8月8日から8月14日まで国務次官サムナー・ウェルズと特使のW・アヴェレル・ハリマンに宿泊施設を提供した。1941年12月8日の日本海軍による真珠湾攻撃時、アーカンソーはメイン州カスコ湾に停泊していた。一週間後の12月14日にアイスランドのクバルフィヨルドへ向かった。アージェンティア経由でボストンに帰還したのは1942年1月24日のことであり、その場で2月を過ごし、カスコ湾で船団護衛任務のための訓練を行なった。3月6日にノーフォークに到着しオーバーホールを行なう。7月2日にチェサピーク湾で整調を行い、7月27日にニューヨークに到着した。アーカンソーは8月6日にニューヨークを出航、第38任務群の旗艦として14隻の駆逐艦と共に12隻の輸送船団を護衛し、スコットランドのグリーノックに向かった。二日後ノバスコシア州ハリファックスで休養し、その後荒れる北大西洋で護衛を継続、8月17日にグリーノックに到着した。ニューヨークに9月4日に帰還した後、再びグリーノックへの船団を警護し、10月20日に帰還した。北アフリカ侵攻作戦に伴い、アメリカ軍船団は作戦支援のためカサブランカへ向かった。11月3日にニューヨークを出航、アーカンソーはモロッコへの船団を警護し、12月11日にニューヨークに帰還、オーバーホールを受けた。1943年1月2日、アーカンソーはチェサピーク湾に向かい砲術訓練を行なった。1月30日にニューヨークへ帰還し大西洋横断のための補給を受ける。アーカンソーは2月から4月にかけてカサブランカとニューヨークを2往復した。5月上旬にニューヨーク海軍工廠の乾ドックに入り、26日にノーフォークに向かった。ノーフォークでは海軍兵学校生を乗艦させ訓練を行なった。チェサピーク湾での4ヶ月に及ぶ訓練の後、ニューヨークに帰還し船団護衛任務に従事した。10月8日、アイルランドのバンゴールに向かい、11月中停泊した後12月1日にニューヨークへ帰還した。12月12日に修理を開始し、1943年のクリスマスの二日後にノーフォークに向かい、年末までそこで過ごした。アーカンソーは1944年1月19日にアイルランドへの船団警護に出航した。警護が完了すると、大西洋を帰還し2月13日にニューヨークに到着する。3月28日にカスコ湾で砲術訓練を行い、4月11日に修理のためにボストンへ向かった。4月18日にアーカンソーはアイルランドのバンゴールへ再び向かった。到着後、支援砲撃を行うための訓練を開始した。6月3日、ノルマンディー上陸作戦を支援するためフランス沿岸に向けて出航した。6月6日にバイエ・デ・ラ・セーヌに到着し、オマハ・ビーチから4,000ヤードの海域に停泊した。05:52、アーカンソーは砲撃を開始した。海岸砲台及び敵陣地に対して繰り返し砲撃を行い、6月13日にグランカム・レ・バインに移動した。1944年6月25日にアーカンソーはシェルブールのドイツ海岸砲台と砲撃戦を行なった。アーカンソーはシェルブールを攻撃する地上部隊の支援を行い、翌日シェルブールは陥落した。アーカンソーはウェイマスへ向かい22:20に到着、6月30日にバンゴールに向かった。アーカンソーは7月4日に出航し、地中海からジブラルタルを通り抜け、7月10日にアルジェリアのオランに停泊した。7月18日に出航、7月21日にイタリアのタラントに到着し同所に8月6日まで停泊、8月7日にシチリア島のパレルモへ移動した。8月14日にアンヴィル作戦（ツーロンとカンヌの間の南部フランス沿岸への侵攻作戦）が開始された。アーカンソーは8月15日に上陸支援の砲撃を開始し、8月17日まで継続した。パレルモとオランで停泊した後、アーカンソーは帰国の途についた。9月14日にボストンに到着、11月前半を通じて修理、改修を行なった。修理は11月7日に完了しカスコ湾で三日間の訓練を行なった。11月10日にパナマ運河地帯に向かい、11月22日に運河を通過、カリフォルニア州サンペドロに向かった。11月29日にサンディエゴで訓練を行い、11月10日にサンペドロに帰還した。3週間の準備の後、アーカンソーは1945年1月20日に真珠湾へ出航した。真珠湾到着の翌日にウルシー環礁（カロリン諸島の艦隊泊地）へ向かい、そこからテニアン島へ向かった。テニアン島には2月12日に到着、二日間を砲撃訓練に費やした。2月16日の06:00にアーカンソーは硫黄島の日本軍拠点に対して砲撃を開始した。砲撃は2月19日まで行われ、夜間も護衛のため火力支援水域に残った。アーカンソーは激戦を繰り広げる海兵隊を支援し、多数の砲弾を日本軍拠点に撃ち込んだ。その後3月7日に硫黄島を離れウルシー環礁へ向かった。3月10日に泊地に到着し、続く沖縄進攻に向けて食料、燃料、弾薬の補給を受けた。3月21日に泊地を出航、25日に沖縄水域に到着したアーカンソーは支援艦砲射撃を開始した。日本軍による激しい攻撃が行われ、アーカンソーは何機かの特攻攻撃をかわした。46日間に渡って支援砲撃を行なった後、5月14日にグアム島のアプラ港に到着した。アプラ港で一ヶ月を過ごした後乾ドック入りし、その後6月12日にレイテ湾に向かった。6月16日に到着、停泊すると終戦の8月までフィリピン海域に残ることとなった。8月20日にアーカンソーはレイテ湾から沖縄に向かい、8月23日に中城湾に到着した。そこで一ヶ月を過ごした後、マジック・カーペット作戦の一部として帰還兵800名を乗艦させ9月23日に沖縄を出航、真珠湾を経由して10月15日にシアトルに到着する。同年末までアーカンソーはアメリカ本国と真珠湾を三度往復し、帰還兵を輸送した。1946年初旬をアーカンソーはサンフランシスコで過ごした。4月後半にハワイに向かい、5月8日に真珠湾に到着、20日に真珠湾を出航しビキニ環礁に向かった。クロスロード作戦の標的艦に使用されるためであった。1946年7月1日のABLE実験で沈められる予定であったがアーカンソーは生き残り、7月25日のBAKER実験により沈没した。アーカンソーは1946年7月29日に解役され、1946年8月15日に除籍された。アーカンソーは第二次世界大戦の戦功により4個の従軍星章を受章した。