Художник активно экспонировался: в салоне «Графическое искусство», на Постоянной выставке современного искусства, в салоне Добычиной, на всех выставках «Мира искусства» в 1915–1917.

Не будучи последовательным консерватором, в творчестве Арнштам дистанцировался и от эпатажа футуристов. Для него понятие «современность» являлось постоянной «суровой динамикой стремительно несущихся часов и лет, а не угождением моде» (из воспоминаний художника).

Революцию 1917 Арнштам воспринял довольно сдержанно и трезво. Его пригласили в Государственное издательство (Гиз) для работы по оформлению книг. Художник исполнял рисунки для издания «Кола Брюньон» Ромена Роллана, книг Пушкина, И. С. Тургенева, Н. Кольцова. Арнштам делал издательские марки; выполнил два панно для украшения Балтийского завода к первой годовщине революции.

В 1919 был арестован ВЧК по одному из первых громких процессов «экономической революции». Почти год он провел в тюрьме на Шпалерной, затем был переведен в московскую Бутырскую тюрьму и, наконец, в Покровский лагерь. В тюрьме он рисовал номера камер на картонках. Туда же художнику пришел заказ И. И. Ионова из ГИЗа на создание эскизов 33 букв алфавита в революционном стиле (позже их продемонстрировали на советской выставке во Флоренции). Кроме того, Арнштам писал портреты сотрудников тюрьмы (например, коменданта Лациса), обновил занавес и сделал декорации для тюремного театра.

В конце лета 1920 по ходатайству семьи Арнштама освободили за неделю до начала «процесса двадцати девяти», на котором осудили многих родственников художника.

Осенью 1921 Арнштам эмигрировал в Берлин. Там он учредил «Берлинский союз русских художников», куда входили А. Н. Архипенко, И. А. Пуни и другие. Берлинский период в творчестве Арнштама — время всеобщего признания в художнике книжного графика и портретиста. Помимо русских и французских книг — от начавшего выходить еще в 1914-м «божественного цикла» Пруста до новых рассказов Бунина — в 1923-м были напечатаны «Дуинские элегии» и «Сонеты к Орфею» Рильке с иллюстрациями Арнштама. В 1924 вышла «Волшебная гора» Томаса Манна и повесть Г. Гессе «Последнее лето Клингзора». Художник работал над «Степным волком» Г. Гессе.

По-прежнему далекий от крайних форм авангарда, Арнштам в своих графических работах старался порой парадоксально, порой очень тонко сочетать кубистические ритмы и формы с гармоничным общим декоративным эффектом и мастерски прорисованными деталями. В такой манере в 1922 он оформил обложку для сборника М. Цветаевой «Стихи к Блоку».

Там же, в Берлине Арнштама выполнил серию рисунков с обнаженной натурой.

В 1928 Арнштам впервые обратился к кинематографу — сначала как консультант в фильмах на русскую тематику, а затем и в качестве художника-постановщика, декоратора, художника по костюмам (всего он участвовал в производстве десяти полнометражных фильмов).

С этого времени в творчестве Арнштама, в том числе и в пейзажных работах, появляются свойственные кино особые ракурсы, в частности укрупненный первый план.

После победы фашистов в Германии в 1933 Арнштам переехал в Париж, где проработал до конца жизни: оформил балет «Нана» по роману Э. Золя, создал для него либретто, декорации и костюмы. Премьера балета прошла в Страсбурге в 1962.

В своих эскизах той поры художник отображал Париж Второй империи — его светлые и темные черты.

Арнштам и в своей станковой живописи (пусть немногочисленной) был глубоко индивидуален. В его живописи чувствовались реминисценции метафизического искусства Дж. де Кирико и К. Кара, но она получалась гораздо темпераментнее. Он предпочитал писать немногословно. В поздний период обратился к абстракции.

В 1956 была написана характерная для универсального стиля Арнштама работа, «Тюрьма».

Весной 2000 в Петербурге, в Михайловском замке состоялась выставка работ Арнштама.