В 1908 году П.Ф. Унтербергер в третий раз снарядил отряд во главе со штабс-капитаном В.К. Арсеньевым в экспедицию, более масштабную и продолжительную, чем предыдущие, — в северную часть Уссурийского края. Первой в путь отправилась группа Т.А.Николаева. В начале июня 1908 года она села на пароход во Владивостоке, отправляющийся в Императорскую Гавань, чтобы до прибытия основного отряда устроить три промежуточных лагеря с продовольствием: при устье рек Самарги и Ботчи, а также в бухте Андреева. 24 июня покинули Хабаровск и остальные члены экспедиции: В.К.Арсеньев, геолог С.Ф.Гусев, И.А.Дзюль, два казака и шесть стрелков.

В середине сентября 1908 года В.К.Арсеньев и его спутники пришли в Императорскую Гавань. Здесь они смогли отдохнуть после долгого и трудного пути. Но впереди им предстояло еще немало испытаний. 20 января 1909 года отряд Арсеньева совершил подъем на Сихотэ-Алинь, затем по долинам горных рек вышел к Амуру и остановился лагерем в 120 верстах от Хабаровска. Здесь В.К.Арсеньев оставил свой отряд отдохнуть и выехал в город, чтобы доложить о результатах первого этапа экспедиции.

В своем «Предварительном кратком колонизационном отчете о работе экспедиции» исследователь выделил следующие разделы: «План колонизационных работ. Общий обзор районов. Пути сообщения. Климат. Наводнения. Пчеловодство. Скотоводство. Охота и рыболовство». Побыв немного дома и повидавшись с друзьями, В.К.Арсеньев вернулся в тайгу. 16 февраля 1909 года отряд продолжил свой путь к морю. Путешественникам предстояло провести в окрестностях Императорской Гавани еще год. А всего эта экспедиция, маршруты которой Арсеньев описал в своей книге «В горах Сихотэ-Алиня», длилась 19 месяцев. 21 января 1910 года общее собрание Приамурского отдела ИРГО постановило назвать экспедиции Арсеньева 1908–1910 гг. Юбилейными — в честь 50-летия подписания Айгунского договора и присоединения Приамурского края к России.

В октябре 1910 года штабс-капитан Арсеньев повез солдат, уволившихся в запас, в Сызрань. С собой он взял все коллекции, собранные в последних экспедициях. Закончив в Сызрани служебные дела, путешественник выехал в Санкт-Петербург, отправив туда и ящики с коллекциями. 5 января 1911 года он побывал на заседании отделения этнографии Русского географического общества и познакомился со многими исследователями, интересующимися жизнью инородцев: В.В.Радловым, Д.А.Клеменцом, Ю.М.Шокальским, П.П.Семеновым-Тян-Шанским, С.Ф.Ольденбургом и П.К.Козловым. Свою коллекцию, прибывшую из Сызрани, В.К.Арсеньев показал на Общероссийской этнографической выставке, которая открылась в Русском музее. 25 февраля он выступил в отделении этнографии ИРГО с докладом «Китайцы в Уссурийском крае». На другой день в Офицерском собрании на Литейном проспекте перед членами Разряда военной археологии и Русского военно-исторического общества исследователь сделал сообщение о древнейшей истории Уссурийского края. 18 марта он выступил в ИРГО с новым докладом «Орочи — удэге».

Из Петербурга В.К.Арсеньева вызвал срочной телеграммой новый генерал-губернатор Приамурского края Н.Л.Гондатти, сменивший на этом посту П.Ф.Унтербергера. Уходя в отставку, тот сделал путешественнику неплохой подарок: он добился разрешения у царя, чтобы штабс-капитан Арсеньев мог совершать путешествия вне зависимости от службы.

Возвращаясь из Санкт-Петербурга, В.К.Арсеньев заехал в Москву повидаться с родителями. К тому времени его отец занимал должность начальника Московской окружной железной дороги. С собой на Дальний Восток Владимир Клавдиевич взял младшего брата Александра, недавно закончившего Межевый институт.

28 апреля 1911 года В.К.Арсеньева назначили производителем работ Уссурийской межевой партии в Переселенческом управлении землеустройства и земледелия. У него появилась возможность свободно заниматься изучением края. В виде исключения штабс-капитану Арсеньеву сохранили на гражданской службе офицерский чин и довольствие.

По приезде в Хабаровск В.К.Арсеньев познакомился с генерал-губернатором Приамурского края Николаем Львовичем Гондатти, о котором слышал много хорошего в Петербурге и Москве. Программа действий нового Главного начальника края, так иногда называли эту должность, была широкой: активная переселенческая политика с ограниченным привлечением иностранного труда; развитие инфраструктуры, единой со странами тихоокеанского бассейна, агрономии и животноводства, кустарного производства, кредитных товариществ. В числе своих единомышленников новый генерал-губернатор хотел видеть и В.К.Арсеньева. 9 января 1912 года Арсеньев был назначен чиновником особых поручений Приамурского генералДгубернатора. Через полторы недели он уже стал исполнять должность штабДофицера «для исполнения поручений по рабочему вопросу» при Переселенческом управлении. К этому времени из СанктДПетербурга пришло приятное известие: отделение этнографии ИРГО наградило Арсеньева малой серебряной медалью за чтение лекций в 1910 году.

В феврале 1912 года Арсеньев отправился в важную командировку: в течение двух недель проверял состояние дел на Бирских каменноугольных копях и условия жизни рабочих. Вернувшись в Хабаровск, 8 марта он выступил с докладом о своей командировке в Приамурском отделе ИРГО. Через несколько дней его сообщение под названием «Река Бира, копи Бирского каменноугольного товарищества и строящаяся Амурская железная дорога» увидело свет на страницах «Приамурских ведомостей».

4 апреля 1912 года В.К.Арсеньева произвели в капитаны, а через два дня он выехал в тайгу «гонять» хунхузов. Десять месяцев провел он в командировке, обследовав за это время Никольск-Уссурийский, Иманский и Ольгинский уезды. Затем были и другие командировки.

В январе 1917 года подполковника Арсеньева зачислили в военное ведомство, а 28 марта определили в 13-й Сибирский стрелковый запасной полк. В начале мая Владимиру Клавдиевичу пришлось поехать на фронт. Однако благодаря усилиям друзей, которые посылали письма в различные инстанции, а также ходатайству Академии наук, Русского географического общества и его дальневосточных отделов перед Временным правительством, 27 мая В.К.Арсеньева сняли с поезда в Ачинске, и вернули в Хабаровск в распоряжение штаба Приамурского военного округа.

Одним из главных ходатаев за ученого в Петрограде был П.Ф.Унтербергер. Он решил организовать экспедицию с помощью Русского географического общества, членом совета которого являлся. По его просьбе Владимир Клавдиевич подготовил список своих трудов и разработал план будущей экспедиции. «Вполне сочувствую, — писал еще 27 октября 1916 года отставной генерал-губернатор В.К.Арсеньеву, — Вашему плану обследования района между низовьем р. Амура и побережьем Охотского моря; это действительно Терра инкогнита. Уездные начальники знакомы только с некоторыми, весьма ограниченными участками. Мною в былое время предполагалось туда послать комиссию для переписи инородцев и более точного распределения между ними платимого ясака. Выяснение этого вопроса находилось в связи с бывшим предположением вообще изменить налоговую систему инородцев. Пришлось по целому ряду причин тогда отложить это намерение, но оно настоятельно нужно».