Далее по планам верховного командования 17-я танковая дивизия была переброшена под Орел к частям, наступавшим на Москву.
Но фон Арним, произведенный в звание генерала бронетанковых войск, покинул дивизию, получив новое назначение. Он стал командующим 39-м танковым корпусом, сражавшимся на северном секторе Восточного фронта. Сразу же после прибытия к новому месту назначения ему пришлось вступить в боевые действия. В районе Тихвина корпус подвергся мощной и ожесточенной контратаке советских войск. Арним не надеялся на поддержку и понимал, что корпусу, находившемуся на открытой местности, не выдержать ударов советских танков, а потому приказал медленно отступать к реке Волхов. Арним пытался сохранить войска для последующих сражений и делал все возможное для этого. Немцы понесли большие потери: в 18-й мотодивизии осталось чуть более 700 человек, в 12-й танковой – немногим более 1000, а арьергард, состоявший из двух рот 51-го пехотного полка, был полностью уничтожен.
В течение всей суровой зимы 1941/42 года танковый корпус фон Арнима удерживал трещавшую по швам линию фронта. В марте 1942 года корпус был снят с передовой и отправлен на короткий отдых и переформирование. После того как в состав корпуса вошли 12-я танковая дивизия, 20-я мотодивизия и 122-я пехотная дивизия, фон Арним получил приказ помочь попавшему в окружение немецкому гарнизону, состоявшему из 5000 человек. Арним лично спланировал и организовал наступление. Несмотря на упорное сопротивление, передовым частям корпуса удалось пробить коридор к окруженному гарнизону. К этому времени из 5000 человек 1550 были убиты, а 2200 ранены. За проведение операции Арним был отмечен командующим группой армий «Север» генерал-полковником Георгом фон Кюхлером, который назвал его волевым и энергичным полководцем.
После этой операции 39-й корпус постоянно находился на передовой, но в боях участия почти не принимал, так как основные события происходили под Сталинградом. Неудовлетворенный бездействием, фон Арним просил ОКВ (Верховное командование вооруженных сил Германии) о новом назначении. В конце ноября 1942 года его вызвали в Ставку, приказав передать корпус генералу артиллерии Роберту Мартинеку.
В Ставку фон Арним прибыл в сопровождении адъютантов. Там начальник оперативного управления генштаба генерал Йодль сообщил о присвоении ему звания генерал-полковника и о новом назначении на должность командующего 5-й армией, формировавшейся в Тунисе и уже вступившей в бои с американцами, англичанами и французами.
По прибытии в Тунис для командования 5-й армией фон Арним получил в свое распоряжение только 10-ю танковую дивизию генерал-лейтенанта Фишера, два батальона 5-го парашютного полка, 11-й парашютный и 501-й батальон тяжелых танков, в котором было 17 новых мощных танков «тигр». В течение первых двух недель декабря к этому весьма пестрому воинству присоединились 334-я пехотная дивизия, укомплектованная новобранцами, итальянская дивизия «Суперга», специальная итальянская бригада и несколько отдельных итальянских батальонов. В задачи армии входило: не дать англо-американским войскам захватить Тунис, не позволить союзникам прорваться к морю, чтобы отрезать танковую армию Роммеля, отступавшую после поражения при Эль-Аламейне, и расширить контролируемую территорию в Тунисе. С теми воинскими подразделениями, что имел Арним в своем распоряжении, справиться с поставленными задачами было весьма трудно. Кроме того, фон Арниму пришлось еще организовывать оборону и отражать атаки войск союзников. Для начала он объединил разрозненные германские части в боевую группу «Фон Бройх» и поставил перед ней задачу – оборонять левый фланг. 10-я танковая армия, укрепленная частями 334-й пехотной дивизии, защищала центр, а южный фланг прикрывала итальянская дивизия «Суперга».
Генерал-полковник фон Арним был прекрасным опытным офицером и хорошо разбирался в стратегии и тактике. Он умел найти выход из, казалось бы, самых безвыходных ситуаций. В начале 1943 года он еще раз доказал это, сумев перехватить инициативу и одержать ряд важных побед над численно превосходящим его армию противником.
Самым слабым местом в расположении войск Арнима был южный фланг, на котором сосредоточились итальянские дивизии. Французские войска под командованием генерала Жюно легко отбросили их из горного района Восточный Дорсаль. Линия снабжения армии Роммеля снова оказалась перерезанной. Тогда Арним ввел в действие батальон тяжелых танков и при поддержке пехоты и 10-й танковой дивизии сумел не только вернуть утраченные позиции, но и уничтожить большое количество танков, противотанковых пушек, автомобилей и других технических средств противника, а также взять в плен около 4000 французских солдат. Подошедшие на помощь французам солдаты английских частей не смогли прорвать оборону немцев. Постоянно участвуя в военных действиях против французских, английских и американских соединений, Арниму удалось соединиться с первыми прибывшими в Тунис частями танковой армии Роммеля и расширить подконтрольную территорию.
Через несколько дней части фон Арнима снова атаковали французские войска, которые к тому времени были усилены соединениями 2-го американского корпуса. Немцы одержали очередную победу, уничтожив одну французскую дивизию и нанеся американскому 168-му пехотному полку урон в 1100 человек.
Танковая армия Роммеля «Африка», выбитая 8-й армией Монтгомери из Ливии, стремительно приближалась к Тунису. В своем распоряжении генерал-фельдмаршал имел 1 танковую дивизию, 2 пехотные дивизии и несколько отдельных германских и итальянских соединений. Их своевременное прибытие в Тунис могло радикально изменить ситуацию в Северной Африке. Объединившись, Роммель и Арним смогли бы если не полностью разгромить, то значительно сократить количество войск союзных армий в Западном Тунисе (например, уничтожить 1-ю британскую армию, не дав ей соединиться с армией Монтгомери). Роммель видел только один выход из создавшегося положения – немедленное крупномасштабное наступление.
Кессельринг назначил дату начала операции – 12 февраля.
Противником Арнима в этой операции стал 2-й корпус армии США под руководством генерал-майора Ферредалла. К началу проведения немцами операции американские войска не были подготовлены должным образом к обороне, и, кроме того, они были разбросаны по Дорсальской горной гряде. Сам Ферредалл более всего был занят обеспечением безопасности своего штаба, находившегося в семидесяти милях от линии фронта. Он командовал войсками исключительно по карте и ни разу не посетил боевые части. Несмотря на то что только одна дивизия этого корпуса имела в своем составе больше танков, чем все немецкие танковые войска в Тунисе вместе взятые, корпус был почти полностью разгромлен за два дня боев.
Командовать 10-й и 21-й танковыми дивизиями (около 130 танков) во время атаки на Сиди-Бу-Зид Арним назначил своего заместителя Циглера. 14 февраля 1943 года тот начал наступление. В первый день боев были полностью уничтожены 1-й батальон 1-й бронетанковой дивизии США, а его командир попал в плен к немцам, 168-й пехотный полк и два артиллерийских дивизиона поддержки. Второй батальон потерял 44 танка. На следующий день американцы, пытаясь спасти положение, вводят в бой резерв – соединение «С» под командованием полковника Роберта И. Стэка. 54 танка «шерман» из 2-го батальона, шедшие в авангарде, попали в засаду: с севера по ним ударила 10-я танковая дивизия, а с юга – 21-я танковая дивизия. Командир 2-го батальона также попал в плен, а 50 танков оказались выведенными из строя. К вечеру Стэк, чья пехота все еще сражалась с немцами, начал отступление. Всего за два дня солдаты армии Арнима разгромили два танковых, два пехотных батальона и два артиллерийских дивизиона 2-го американского корпуса.
Приостановка военных действий (из-за разногласий Арнима и Роммеля) дала возможность американским частям оправиться от поражения. Они смогли удерживать Сбейтлу почти сутки, дав тем самым возможность всем частям отступить к Тебессе с наименьшими потерями. К концу дня южный фланг союзников закрепился на горном хребте Западный Дорсаль. В этот момент фон Арним сообщил Роммелю, что из-за трудностей со снабжением он отказывается посылать войска к Дорсалю. Тем самым после нескольких крупных побед он фактически прекратил операцию. Противнику это было только на руку.
Верховное командование передало Роммелю 10-ю и 21-ю танковые дивизии. Хотя Арним перестал быть ведущей фигурой в сражении, он вопреки приказу Кессельринга оставил себе большую часть танков «тигр» из 501-го батальона, чем осложнил положение Роммеля, наступающего в районе сосредоточения сильного резерва англо-американских войск. Даже после того, как Кессельринг вызвал Арнима в столицу Туниса и отчитал его за то, что он не помогает должным образом Роммелю, тот продолжал удерживать «тигры». 20 февраля Роммелю удалось выиграть сражение у перевала Кассерино, но уже 22 февраля, с одобрения Кессельринга, он прекратил наступление. Немцы одержали победу, но она не помогла им в дальнейшем избежать поражения в Северной Африке.