Après ses débuts, il peine cependant à trouver suffisamment de rôles. Constatant que sa carrière de comédien marque le pas, il décide de changer de voie et se lance dans une activité de sophrologue et masseur thaï. Alors qu'il n'a pas joué depuis plusieurs années et a presque tourné le dos au métier d'acteur, il est contacté par la directrice de casting de 120 Battements par minute, le nouveau film de Robin Campillo. Ayant apprécié Eastern Boys, du même réalisateur, Arnaud Valois se laisse convaincre de postuler pour un rôle. Mais le processus de casting dure plusieurs mois et l'acteur, découragé par l'attente, s'apprête à renoncer lorsque le réalisateur lui annonce qu'il l'a choisi pour interpréter Nathan, un personnage qui sert de fil conducteur au récit[1].
120 Battements par minute, dans lequel Arnaud Valois partage l'affiche avec Nahuel Pérez Biscayart et Adèle Haenel, crée l'événement lors de sa présentation en sélection officielle au 70e Festival de Cannes[2]. Il obtient le Grand Prix et fait d'Arnaud Valois l'une des révélations 2017 de la Croisette en France[3],[4][1] et déjà sur la scène internationale[5],[6].
Le , il est sur le tapis rouge des Golden Globes à Hollywood[14] avant une nouvelle nomination dans la catégorie Supporting Actor le dans le cadre des International Cinephile Society Awards 2017[15]. Le , il est nommé dans la catégorie Meilleur espoir masculin des César 2018[16] avant de remporter le le prix Lumières de la révélation masculine[17].
En février 2019, il est sur la scène du Théâtre de la Ville de Paris, pour une journée organisée par l'artiste Abd Al Malik[27]. Il commence le 4 mars le tournage de la mini-série télévisée Moloch, pour la chaîne Arte, où il incarne un policier aux côtés d'Olivier Gourmet et Marine Vacth. La réalisation est signée Arnaud Malherbe[28]. La diffusion est annoncée pour l'automne 2020. Il annonce au même moment travailler sur la réalisation (prévue début 2021) d'un court-métrage qu'il a écrit[29].
Le 7 novembre 2019 sort chez Gallimard[30] le livre-CD Le Vilain Petit Canard, qu'il a co-adapté avec Héloïse Chouraki du conte d'Andersen, et qui est mis en musique par Étienne Daho. Le début de l'année suivante, Le Vilain Petit Canard est annoncé sur scène pour cinq représentations à Paris à la Philharmonie de Paris les 21 et 22 octobre 2020 puis en tournée[31]. Comme dans le livre-CD, Arnaud y tient le rôle du narrateur.
Arnaud devient l'égérie internationale du parfum Match Point de Lacoste avec un film publicitaire diffusé à partir d'août 2020[33].
En janvier 2021, il réalise son premier court-métrage, Le Nouveau Moi, écrit avec Suzanne Lindon[34],[35]. Il est diffusé sur la plateforme OCS en France à partir du mois de septembre[36],[37],[38].
À l'automne, le spectacle musical du Vilain Petit Canard part sur les routes de France, de Belgique et de Suisse pour une tournée de plusieurs mois[39],[40],[41],[42].
En décembre 2021 sort le long métrage Si Demain de Fabienne Godet (avec Julie Moulier et Lucie Debay)[43]. Puis Arnaud se produit sur la scène de L’Arsenic (Lausanne, Suisse) dans la pièce de Jean Genet, Le Balcon, adaptée et mise en scène par Sandra Gaudin[44],[45].
Arnaud est annoncé au casting de la série LT-21 réalisée par Melisa Godet et produite par Emma Javaux (Une Fille Productions) et Alain Attal (Trésor Prod) pour la plateforme OCS. Le tournage se déroule au printemps 2022 en Bretagne et à Paris. Il s'agit d'une série dystopique composée de 8 épisodes de 30 minutes[46],[47],[48],[49].
À l’automne 2022, le premier long-métrage de Sophie Levy, Méduse (avec Anamaria Vartolomei et Roxane Mesquida)[50] sort sur les écrans et une nouvelle reprise du Vilain Petit Canard cette fois sur la scène du T.N.B à Rennes, toujours aux côtés d’Étienne Daho[51].
↑(en-US) Matthew Schneier, « He Wanted to Give Massages, but the Movies Called Him Back », The New York Times, (ISSN0362-4331, lire en ligne, consulté le ).
↑(en-US) « Arnaud Valois Back to Acting After Quitting to Give Massages », THE LAST MAGAZINE, (lire en ligne, consulté le ).
↑(it) « Il cast di 120 Battiti al Minuto: la rivelazione Arnaud Valois e gli altri attivisti contro l'HIV - Gay.it », Gay.it, (lire en ligne, consulté le ).