Итак, выбор был сделан — Дальний Восток. Но служба есть служба. После окончания училища Арсеньева направляют в Польшу, и только в 1900 году, двадцативосьмилетним, он наконец-то переводится во Владивосток.
Своих намерений заняться географическими исследованиями Арсеньев не скрывает, но на первых порах ему удаётся не много: изучить Русский остров, частично обследовать реку Иман, а также Посьетский участок. Всё это — ближние подступы к Владивостоку, а молодому начальнику конноохотничьей команды нужен другой размах.
Положение изменилось после русско-японской войны 1904— 1905 годов. Проигрыш в ней заставил царское правительство основательнее заняться военно-экономическим положением края. Требовались люди, способные в условиях бездорожья и глухомани организовать изучение его ресурсов, наметить линии коммуникаций, собрать и обобщить сведения о народностях, проживающих в бассейнах рек Уссури и Амура.
Арсеньев, как никто, подходил для такого назначения, что прозорливо увидел приамурский генерал-губернатор П. Ф. Унтербергер, давший «зелёную улицу» начинаниям своего офицера.
Так было положено начало целому ряду экспедиций, совершавшихся почти без перерыва из года в год и принёсших Арсеньеву заслуженную славу. Все они были довольно продолжительными и необычайно трудными. Вот как писал о них сам Арсеньев одному из своих знакомых: «Четыре раза я погибал с голоду. Один раз съели кожу, другой раз набивали желудок морской капустой, ели ракушки. Последняя голодовка была самой ужасной. Она длилась 21 день. Вы помните мою любимую собаку Альпу — мы её съели в припадке голода и этим спаслись от смерти. Три раза я тонул, дважды подвергался нападению диких зверей (тигр и медведь). Глубокие снега едва не погубили весь отряд… Подряд 76 дней мы шли на лыжах и тащили за собой нарты…»
Что же касается результатов хотя бы первых трёх экспедиций (1906—1910), то они поистине поразительны. Так, в экспедиции 1906 года хребет Сихотэ-Алинь был пересечён по четырём направлениям и была составлена подробная карта обследованного района с нанесением рельефа и всех населённых пунктов, а кроме того, велись постоянные метеонаблюдения и описания рельефа, флоры и фауны, собирались коллекции мхов, водорослей и лишайников, шляпных грибов и грибков-паразитов. Большая часть этих коллекций послужила хорошим подспорьем при создании атласов, таких, как «Флора Маньчжурии», изданного Петербургским ботаническим садом, или «Русского микологического гербария», который готовил к выпуску В. Л. Комаров, будущий президент Академии наук СССР.
Весь зоологический материал (60 птиц, 50 земноводных, 400 рыб и 500 насекомых) был отправлен в Зоологический музей Академии наук. Экспедиция собрала также 50 образцов различных горных пород.
Но и это было не все. В маршрутах Арсеньев занимался археологическими раскопками старинных городищ и укреплений в районе залива Ольги. Найденные там предметы пополнили запасники Русского музея в Петербурге.
Целью экспедиции 1907 года было обследование горного района Сихотэ-Алиня между 45—47° с. ш. Работы продолжались семь месяцев и дали материал для написания «Краткого военно-географического и военно-статистического очерка Уссурийского края», опубликованного Арсеньевым в Хабаровске.
И наконец, задача экспедиции 1908—1910 годов — всестороннее обследование той части Уссурийского края, которая протянулась с запада на восток от нижнего течения Амура до пролива Невельского. Частью этой экспедиции, продолжавшейся 19 месяцев, было отыскание кратчайшего летнего пути от Хабаровска до Императорской (в наше время Советской) Гавани. Насколько она была трудна, можно судить хотя бы по тому, что к её окончанию в отряде Арсеньева осталось только три человека из шестнадцати, остальные выбыли по болезни и другим причинам.
Отчёт об экспедиции был помещён в газете «Приамурье» 10 апреля 1910 года, где имя Арсеньева ставилось в один ряд с именами Н. М. Пржевальского и П. Н. Козлова.
Октябрьскую революцию Арсеньев встретил словами: «Революция для всех, в том числе и для меня!» В этой фразе он весь: гражданин и патриот, работающий не за страх, а за совесть, не за вознаграждения и похвалы, а по внутреннему убеждению.
Из экспедиций этого периода необходимо отметить Камчатскую в 1918 году, Гижигинскую в 1922-м, а также поездку на Командорские острова в 1923-м и прохождение маршрута Советская Гавань — Хабаровск в 1927-м. Все они были связаны с решением важнейших народнохозяйственных и научных задач, вставших перед молодой Советской республикой. И, как всегда, Арсеньев исполнял роль руководителя с величайшей ответственностью и пониманием. Так, он одним из первых поставил вопрос о запрещении сдавать в аренду американским и японским промышленникам наши тихоокеанские острова; от него исходила инициатива организации первых природных заповедников на Дальнем Востоке для сохранения его уникальной флоры и фауны; он с неистощимой энергией занимался делом восстановления рыбных и звериных промыслов на Командорских островах, экономике которых был причинен огромный ущерб за время иностранной интервенции.
Всем этим вопросам Арсеньев отдавался целиком, хотя именно в этот период он пережил тяжелейшее личное потрясение: в ночь с 24 на 25 ноября 1918 года на Украине были убиты бандитами мать и отец Арсеньева, брат Клавдий с женой и две сестры. Лишь большая сила воли и понимание своей необходимости помогли Арсеньеву пережить эту трагедию.
Но на протяжении всей своей работы Арсеньев был не только её организатором и одним из непосредственных исполнителей, но и пытливым учёным. В этих заметках просто невозможно рассказать обо всём, что сделал Арсеньев для географии, истории и этнографии Дальнего Востока, однако даже неполный перечень его научных трудов даёт представление о необычайно широких интересах этого человека. Начиная с 1908 года и до конца жизни им написано несколько десятков научных работ, которые сохранили своё значение до нашего времени, таких, как: «Наблюдения над лососёвыми Зауссурийского края», «Материалы по изучению древнейшей истории Уссурийского края», «Краткий физико-географический очерк бассейна р. Амура», «Шаманство у сибирских инородцев и их анимистические воззрения на природу», «Тихоокеанский морж», «Этнологические проблемы на востоке Сибири», «Тазы и удэхе» и др.
К сожалению, осталась незавершённой основная работа Арсеньева «Страна Удэхе», над которой он работал 27 лет и редактировать которую согласился известный русский советский этнограф Л. Я Штернберг. Более того, после Великой Отечественной войны рукопись «Страны» исчезла и не обнаружена до сих пор.
Однако, отмечая современность звучания этнографических трудов Арсеньева, нельзя оставлять в стороне противоречивость и ошибочность некоторых его положений, о чём ему справедливо указывали в своё время и Л. Я. Штернберг, и В. Г. Богораз, и которые критически осмыслены нынешней советской этнографической наукой.
Имя Арсеньева навечно закреплено в целом ряде научных названий, свидетельствующих о непосредственном касательстве Владимира Клавдиевича к разнообразным научным вопросам. Например, всем известна так называемая «линия Арсеньева» — биогеографическая граница между маньчжурской и охотской флорой и фауной в Сихотэ-Алине; в честь его назван новый вид бабочки и полуподземный бокоплав неизвестного для Азии рода, не говоря уже о том, что существует ледник Арсеньева на Камчатке, вулкан на Курильских островах, горы в Сихотэ-Алине и на острове Парамушир. В них, в этих названиях — безоговорочное признание научных заслуг выдающегося естествоиспытателя. К этому остаётся лишь добавить, что около 20 отечественных научных обществ избрали Арсеньева своим членом, а Вашингтонское национальное географическое общество приняло его в свои ряды пожизненно.
Талантливый человек талантлив во всём, и громадный жизненный материал, накопленный Арсеньевым в его путешествиях, не мог не подвигнуть его к пробе пера. Конечно, для этого у человека должны быть определённые художественные наклонности, и можно утверждать, что они у Арсеньева были (например, он ещё в юные годы хорошо рисовал), но толчок к тому, чтобы рассказать об увиденном и пережитом, дали ему, несомненно, его экзотические маршруты, на которых он встретил много интересных, неординарных людей. Этому содействовала и дальневосточная природа. Её мощь, величие и своеобразие должны были всколыхнуть наблюдательную и впечатлительную душу.