Первая экспедиция Арсеньева продолжалась с 20 мая по 17 ноября 1906 года, ее цель – исследование «хребта Сихотэ-Алиня и береговой полосы от залива св. Ольги на север, насколько позволит время…» – была полностью выполнена: экспедиция пересекла Сихотэ-Алинь в четырех направлениях, нанесла на карту обширный малоизученный район, были собраны богатые флористические, зоологические, этнографические, геологические коллекции. 3 августа 1906 года Арсеньев занес в дневник запись о встрече с охотником-гольдом Дерсу Узала, ставшим проводником экспедиции.
Экспедиция 1907 года явилась продолжением предыдущей и длилась семь месяцев. В ней Арсеньев ушел еще дальше на север по побережью Японского моря; в общей сложности путешественники преодолели более 1000 километров по восточным склонам Сихотэ-Алиня.
Третья экспедиция 1908–1910 гг., получившая название «Юбилейной» в ознаменование 50-летия присоединения края к России, была самой продолжительной (19 месяцев), самой тяжелой для ее участников и самой значительной по своим научным результатам. Арсеньев всесторонне обследовал северную часть – «лесную пустыню» Уссурийского края, долины многих рек, впадающих в Амур и в океан, семь раз пересек хребет Сихотэ-Алинь. По итогам огромной проделанной работы Арсеньев был награжден малой серебряной медалью Русского географического общества; за доставленную в Русский музей этнографическую коллекцию – серебряной медалью этого музея; также получил и правительственные награды, лично был представлен Николаю II на выставке своих коллекций в Русском музее.
В 1917–1918 гг. Арсеньев возобновляет экспедиционную работу, отправившись в путешествие по северо-восточной части Приамурского края, в 1918 году путешествует по Камчатке, в 1922 году совершает экспедицию в Гижигинский район Охотско-Камчатского края, в 1923 году плывет на Командорские острова и т. д.
Арсеньев всего совершил двенадцать так называемых «больших» экспедиций, не считая различных служебных поездок, командировок в тайгу и т. п. Во время одной из таких командировок по инспектированию экспедиционных отрядов, отправленных в низовья Амура для обследования районов предполагаемых железнодорожных линий, начальник Бюро экономических изысканий новых железнодорожных магистралей (последняя административная должность Арсеньева) простудился и вернулся во Владивосток совершенно больным. 4 сентября 1930 года Владимир Клавдиевич Арсеньев умер от крупозного воспаления легких.