I 1926 var han med i Aftenpostens stab som dekket Roald Amundsens ferd over Nordpolen med luftskipet Norge. Arnesen var i 1928 igjen på Svalbard og dekket Umberto Nobiles mislykkede forsøk på å krysse Nordpolen med luftskipet Italia. Under begge disse ekspedisjonene var han også korrespondent for Associated Press. Arnesen var Aftenpostens utsendte journalist på Svalbard i 1930 da restene etter ingeniør Andrées polarekspedisjon fra 1897 ble funnet. I 1932 var han med da Grønland for første gang ble kartlagt fra fly. Han dekket også Tafjordulykken i 1934, Loenulykken i 1936 og Vågåulykken i 1938. Arnesen var også en av stifterne av Norsk Polarklubb og Norsk Aero Klubb. Han skrev en rekke bøker og var fra 1933 redaktør av Polar-årboken.