お父様との最終決戦の際、お父様の猛攻からメイを庇って鎧が大破、鎧のヒビが血印に至り行動不能に陥る。自身の活動限界を悟り、身動きが取れなくなっていた兄を救うため、自身の魂の代価となったエドの生身の右腕を、逆に自分の魂と引き換えに錬成することをメイに依頼。メイの錬丹術によりエドの右腕を再生した。。これにより自身の魂は真理の扉の前に飛ばされ、自身の本当の肉体と合一する。そして戦いを終えて迎えに来たエドと共に、生身で現実世界に帰還を果たす。肉体を取り戻してから無理な頼み事をして泣かせたことをメイに詫びている。一方、最終決戦で大破した鎧は後にロックベル家に郵送され、アル自身の意向から機械鎧の材料にされた。最終決戦から約2年後、メイのもとで錬丹術を、そしてその他あらゆる学問を身につけるべく、護衛を買って出たザンパノとジェルソを伴い東に旅立つ。また最終回の無数の写真の中には、エド一家や成長したメイと一緒に写っている。なお、エドは錬金術を使えなくなったが、アルの真理の扉は存在しており、物語終了時点でも真理の扉を見た状態のままで錬金術を使用できると思われる。最終話の写真ではエドの身長を追い抜いているように見える。
兄エドワードと異なりセンスは良く、常識の範囲で錬成する。また似顔絵も似ている。甘い物が好き。生身の体に戻る動機を「ウィンリィの作ったアップルパイを食べる」こととしていた。大の猫好きで、鎧の中で猫を飼おうとして兄に怒られる事もしばしば。ちなみに鎧の中には、女性と猫しか入れないと決めている。
錬金術師の父を持った影響か、幼少の時にはエドと共に錬金術の初歩を独学で修得していた。そして8歳の頃、兄と共にイズミ・カーティスの下で本格的に錬金術を学び、更に高度な錬金術を身につける。錬金術は兄と同じく幅広いバリエーションを誇り、技術に関しては兄に若干劣るものの、国家錬金術師に匹敵する程の実力を有する。当初は他の錬金術師同様、錬金術を行う際に錬成陣を書く道具を必要としていた。しかし真理の扉に関する調査・考察を進めていくうちに、「支払った通行料」が兄やイズミよりも多い事や、兄の力を借りたとは言え自身も真理の扉から帰ってきた事に考えが及ぶ。そしてデビルズネストの地下で、鎧の中に匿っていたマーテルがブラッドレイに殺された際、血印に彼女の血を浴びた事を契機に真理の扉の中で見たものを思い出し、以後は錬成陣なしで錬金術を発動（通称「手合わせ錬成」）できるようになった。イズミの下で錬金術と平行して格闘術を学んでおり、鎧の身体となってからはその特性を活かして戦闘を行っている。物語序盤は格闘術のみで戦う場面が多かったが、上記のように錬成陣を書く必要がなくなってからは格闘術と錬金術を併用する事が増え、終盤では賢者の石を駆使して（そうと見せかけ、実際にはほぼ自分の実力だけで）プライドとキンブリーの2人を同時に手玉に取る活躍を見せた。この際、自分自身の切断された両足を錬成している。エドは「俺は昔から、あいつ（アル）に兄弟ゲンカで勝てたことがない」と発言しており、格闘術に関しては元々アルの方が上だった模様。アルが錬成陣なしで錬金術を使えるようになると、エドは弟に身長を含めた全ての面で超えられたと酷くショックを受けていた。ただ、自身の体を再錬成したり、自身を賢者の石に変えて相手に撃ち込んだりといった自在性という面ではエドワードに劣る。エドは主に武器を錬成して戦うが、アルが武器を錬成して用いたことはほとんどなく（前述のプライド＆キンブリー戦で切断された鎧の足を剣に錬成して使用した程度）、格闘術と錬金術だけで対処している。敵を「倒す」のではなく「封じ込めて動けなくする」ことに長けている。
正式なデビュー以前、旧制中学時代に何度か雑誌に小説を投稿し、入賞している。叔父からの仕送りで医学生をしていた時代、生活のために『宝石』の短編懸賞に応募した『達磨峠の事件』が入選（1947年1月号に掲載）したことで作家デビュー。1950年（昭和25年）、28歳で東京医科大学を卒業したものの、医師になることは、自ら不適と決める。戦後の荒廃した世相を背景とした推理小説を中心に、多数の短編を発表。また、同期の作家である高木彬光との合作小説『悪霊の群』を執筆するなど活動を続け、山田、高木と、島田一男、香山滋、大坪砂男は「探偵小説界の戦後派五人男」と呼ばれた。また、1950年（昭和25年）、高木彬光、島田一男、香山滋らと新人探偵作家の会「鬼クラブ」を結成して、同人誌『鬼』を刊行した。長編『誰にも出来る殺人』、『棺の中の悦楽』等は、読み切り連載特有の制約を守りつつ、全体を意外な結末へ導く工夫を凝らしている。作者本人は、明治ものの一作である『明治断頭台』を自身のミステリ作品の最高傑作と述べている。デビュー以来10年、日本ミステリ界の巨人であり、宝石の編集長を自ら務めた江戸川乱歩への恩もあってミステリ作品を中心に執筆した。ただ、時々雑誌のカテゴリーを無視して時代小説を寄稿している。「（ミステリは）自分には向いていなかった」と山田自身は語っているが、多数の傑作を残したことは事実であり、2000年（平成12年）には日本ミステリー文学大賞を受賞した。現代を舞台にしたミステリ作品は、1960年代半ばまで断続的に発表された。例外として『神曲崩壊』は1987年（昭和62年）の作品である。鼻の位置にペニスがあるという突拍子もない設定の『陰茎人』をはじめとするユーモア・ナンセンス作品、学年誌に発表した少年向け作品や、歴史を扱った小説も多数発表。『山屋敷秘図』に代表される切支丹もののように日本を舞台にするだけでなく、原稿料のかわりに貰った中国四大奇書のひとつ『金瓶梅』をミステリとして再構成した『妖異金瓶梅』があり、忍法帖を執筆するきっかけともなった。なお、時代小説は晩年に至るまで執筆している。