Ergens begin mei 1779 had Arnold een ontmoeting met Stansbury. Stansbury, wiens getuigenis voor een Britse commissie de datum blijkbaar foutief in juni plaatste, zei dat ik na de ontmoeting met Arnold "in het geheim naar New York ging met een aanbod van [Arnold's] diensten aan Sir Henry Clinton". Ondanks de instructies van Arnold om niemand anders bij het complot te betrekken, stak Stansbury de Britse linies over en zocht Jonathan Odell op in New York. Odell was een Loyalist die samenwerkte met William Franklin, de laatste koloniale gouverneur van New Jersey en de zoon van Benjamin Franklin. Op 9 mei stelde Franklin Stansbury voor aan majoor André, die net tot Brits spionnenhoofd was benoemd. Dit was het begin van een geheime correspondentie tussen Arnold en André, soms met zijn vrouw Peggy als bereidwillige tussenpersoon, die ruim een jaar later culmineerde in Arnolds verandering van partij.
Geheime communicatie
André sprak met generaal Clinton, die hem ruime bevoegdheid gaf om Arnolds aanbod uit te voeren. André stelde vervolgens instructies op voor Stansbury en Arnold. Deze eerste brief opende een discussie over de soorten hulp en inlichtingen die Arnold zou kunnen verstrekken, en bevatte instructies voor de toekomstige communicatie. De brieven zouden worden doorgegeven via de vrouwenkring waarvan Peggy Arnold deel uitmaakte, maar alleen Peggy zou weten dat sommige brieven zowel in code als in onzichtbare inkt geschreven instructies bevatten die aan André moesten worden doorgegeven, met Stansbury als koerier.
Tegen juli 1779 voorzag Arnold de Britten van locaties en troepensterkte en de locaties van bevoorradingsdepots, terwijl hij onderhandelde over compensatie. Aanvankelijk vroeg hij een vergoeding voor zijn verliezen en 10.000 pond, een bedrag dat het Continentale Congres aan Charles Lee had gegeven voor zijn diensten in het Continentale Leger. Generaal Clinton, die een campagne voerde om de Hudson River Valley onder controle te krijgen, was geïnteresseerd in plannen en informatie over de verdediging van West Point en andere verdedigingswerken aan de Hudson River. Hij begon ook aan te dringen op een persoonlijke ontmoeting en stelde Arnold voor een ander commando op hoog niveau na te streven. In oktober 1779 waren de onderhandelingen vastgelopen. Bovendien speurden patriotten Philadelphia af naar loyalisten en werden Arnold en de familie Shippen bedreigd. Arnold werd door het Congres en de plaatselijke autoriteiten afgewezen in zijn verzoeken om veiligheidsmaatregelen voor hemzelf en zijn schoonfamilie.
Krijgsraad
De krijgsraad om de aanklachten tegen Arnold te onderzoeken kwam op 1 juni 1779 bijeen, maar werd uitgesteld tot december 1779 door de inname van Stony Point in New York door generaal Clinton, waardoor het leger in rep en roer raakte. Ondanks het feit dat een aantal leden van de jury mannen waren die Arnold niet mochten vanwege acties en geschillen eerder in de oorlog, werd Arnold op 26 januari 1780 vrijgesproken van alle aanklachten, op twee na. Arnold werkte de volgende maanden aan de bekendmaking van dit feit; begin april, slechts een week nadat Washington Arnold had gefeliciteerd met de geboorte van zijn zoon Edward Shippen Arnold op 19 mei, publiceerde Washington echter een formele berisping van Arnolds gedrag.
De opperbevelhebber zou veel gelukkiger zijn geweest bij een gelegenheid om lof toe te zwaaien aan een officier die zulke voorname diensten aan zijn land had bewezen als generaal-majoor Arnold; maar in dit geval verplichten plichtsbesef en openhartigheid hem te verklaren dat hij zijn gedrag [in de veroordeelde acties] als onvoorzichtig en ongepast beschouwt.
Kort na de berisping van Washington concludeerde een onderzoek van het Congres naar zijn uitgaven dat Arnold zijn uitgaven tijdens de invasie van Quebec niet volledig had verantwoord en dat hij het Congres ongeveer 1000 pond schuldig was, vooral omdat hij niet in staat was deze te documenteren. Een aanzienlijk aantal van deze documenten ging verloren tijdens de terugtocht uit Quebec; boos en gefrustreerd legde Arnold eind april zijn militaire bevel over Philadelphia neer.
Aanbod om West Point op te geven
Begin april had Philip Schuyler Arnold benaderd met de mogelijkheid om hem het commando op West Point te geven. De besprekingen tussen Schuyler en Washington over dit onderwerp hadden begin juni nog niets opgeleverd. Arnold heropende de geheime kanalen met de Britten en bracht hen op de hoogte van Schuylers voorstellen, inclusief Schuylers beoordeling van de omstandigheden en West Point. Hij verstrekte ook informatie over een voorgestelde Frans-Amerikaanse invasie van Quebec die de Connecticut River op zou gaan. (Arnold wist niet dat deze voorgestelde invasie een list was, bedoeld om Britse middelen af te leiden). Op 16 juni inspecteerde Arnold West Point terwijl hij op weg was naar Connecticut om persoonlijke zaken af te handelen, en stuurde een zeer gedetailleerd verslag via het geheime kanaal. Toen hij Connecticut bereikte, regelde Arnold de verkoop van zijn huis en begon hij via tussenpersonen in New York activa naar Londen over te dragen. Begin juli was hij terug in Philadelphia, waar hij op 7 juli nog een geheime boodschap aan Clinton schreef, die inhield dat zijn benoeming tot West Point verzekerd was en dat hij zelfs een "tekening van de werken ... waardoor u [West Point] zonder verlies zou kunnen innemen".
Generaal Clinton en majoor André, die op 18 juni zegevierend terugkeerden van het beleg van Charleston, werden onmiddellijk bij dit nieuws betrokken. Clinton, bezorgd dat het leger van Washington en de Franse vloot zich in Rhode Island zouden verenigen, richtte zich opnieuw op West Point als strategisch punt om in te nemen. André, die spionnen en informanten had die Arnold in de gaten hielden, verifieerde zijn bewegingen. Opgewonden door de vooruitzichten bracht Clinton zijn superieuren op de hoogte van zijn inlichtingenpogingen, maar hij reageerde niet op de brief van Arnold van 7 juli.
Vervolgens schreef Arnold een reeks brieven aan Clinton, nog voordat hij een antwoord op de brief van 7 juli had kunnen verwachten. In een brief van 11 juli klaagde hij dat de Britten hem niet leken te vertrouwen en dreigde hij de onderhandelingen af te breken als er geen vooruitgang werd geboekt. Op 12 juli schreef hij opnieuw en maakte het aanbod om West Point over te geven expliciet, hoewel zijn prijs (naast een schadeloosstelling voor zijn verliezen) steeg tot £20.000, met een aanbetaling van £1.000 die bij het antwoord moest worden geleverd. Deze brieven werden niet bezorgd door Stansbury maar door Samuel Wallis, een andere zakenman uit Philadelphia die spioneerde voor de Britten.
Commando op West Point
Op 3 augustus 1780 kreeg Arnold het bevel over West Point. Op 15 augustus ontving hij een gecodeerde brief van André met het laatste aanbod van Clinton: 20.000 pond en geen vergoeding voor zijn verliezen. Door moeilijkheden om de berichten over de linies te krijgen, wist geen van beide partijen enkele dagen lang dat de ander akkoord ging met dat aanbod. De brieven van Arnold bleven de troepenbewegingen van Washington gedetailleerd weergeven en gaven informatie over Franse versterkingen die werden georganiseerd. Op 25 augustus bezorgde Peggy hem uiteindelijk Clintons instemming met de voorwaarden.
Door Arnold het commando in West Point te geven, gaf Washington hem ook het gezag over de gehele door de Amerikanen gecontroleerde rivier de Hudson, van Albany tot aan de Britse linies buiten New York City. Op weg naar West Point hernieuwde Arnold een kennismaking met Joshua Hett Smith, iemand van wie Arnold wist dat hij voor beide partijen spionagewerk had verricht en die een huis bezat aan de westelijke oever van de Hudson net ten zuiden van West Point.
Toen hij zich eenmaal op West Point had gevestigd, begon Arnold systematisch de verdediging en militaire kracht te verzwakken. Noodzakelijke reparaties aan de ketting over de Hudson werden nooit besteld. Troepen werden rijkelijk verdeeld binnen Arnolds bevelsgebied (maar slechts minimaal op West Point zelf), of op verzoek aan Washington geleverd. Hij bestookte Washington ook met klachten over het gebrek aan voorraden en schreef: "Alles ontbreekt". Tegelijkertijd probeerde hij de voorraden van West Point uit te putten, zodat een beleg meer kans van slagen zou hebben. Zijn ondergeschikten, van wie sommigen al lange tijd met hem samenwerkten, mopperden over de onnodige distributie van voorraden en concludeerden uiteindelijk dat Arnold een deel van de voorraden op de zwarte markt verkocht voor persoonlijk gewin.
Op 30 augustus stuurde Arnold een brief waarin hij de voorwaarden van Clinton aanvaardde en André een ontmoeting voorstelde via weer een andere tussenpersoon: William Heron, een lid van de Connecticut Assembly die hij dacht te kunnen vertrouwen. Heron ging, in een komische draai, naar New York zonder op de hoogte te zijn van de betekenis van de brief en bood zijn eigen diensten aan de Britten aan als spion. Vervolgens nam hij de brief mee terug naar Connecticut, waar hij, wantrouwend naar Arnolds acties, deze afleverde bij het hoofd van de Connecticut militie. Generaal Parsons zag een brief die geschreven was als een gecodeerd zakelijk gesprek en legde hem terzijde. Vier dagen later stuurde Arnold een gecodeerde brief met vergelijkbare inhoud naar New York via de diensten van de vrouw van een krijgsgevangene. Uiteindelijk werd voor 11 september een ontmoeting geregeld bij Dobb's Ferry. Deze ontmoeting werd verijdeld toen Britse kanonneerboten in de rivier, niet op de hoogte van zijn aanstaande komst, op zijn boot vuurden.
Blootgelegd
Arnold en André ontmoetten elkaar uiteindelijk op 21 september in het huis van Joshua Hett Smith. In de ochtend van 22 september schoot James Livingston, de kolonel die de leiding had over de buitenpost bij Verplanck's Point, op de HMS Vulture, het schip dat André naar New York moest terugbrengen. Deze actie beschadigde het schip en het moest zich stroomafwaarts terugtrekken, waardoor André gedwongen werd over land naar New York terug te keren. Arnold schreef pasjes voor André zodat hij door de linies kon en gaf hem ook plannen voor West Point. Op zaterdag 23 september werd André bij Tarrytown gevangen genomen door drie Westchester patriotten genaamd John Paulding, Isaac Van Wart en David Williams; de papieren waarin het complot om West Point te veroveren werd blootgelegd, werden gevonden en naar Washington gestuurd, en het verraad van Arnold kwam aan het licht nadat Washington ze had onderzocht. Ondertussen overtuigde André de nietsvermoedende commandant aan wie hij werd uitgeleverd, kolonel John Jameson, om hem terug te sturen naar Arnold op West Point. Majoor Benjamin Tallmadge, een lid van Washingtons geheime dienst, stond er echter op dat Jameson de gevangene liet onderscheppen en terugbrengen. Jameson riep met tegenzin de luitenant terug die André bij Arnold afleverde, maar stuurde vervolgens dezelfde luitenant als boodschapper om Arnold op de hoogte te brengen van André's arrestatie.
Arnold vernam de volgende ochtend, 24 september, dat André gevangen was genomen, toen hij het bericht van Jameson ontving dat André onder zijn hoede was en dat de papieren die André bij zich had naar generaal Washington waren gestuurd. Arnold ontving de brief van Jameson terwijl hij op Washington wachtte, met wie hij van plan was te ontbijten. Hij haastte zich naar de wal en gaf schippers opdracht hem stroomafwaarts te roeien naar de plek waar de Gier voor anker lag, die hem vervolgens naar New York bracht. Vanaf het schip schreef Arnold een brief aan Washington met het verzoek Peggy een veilige doorgang te verlenen naar haar familie in Philadelphia, een verzoek dat Washington inwilligde. Toen hem het bewijs van Arnolds verraad werd voorgelegd, was Washington naar verluidt kalm. Hij onderzocht echter de omvang van het verraad en stelde in onderhandelingen met generaal Clinton over het lot van majoor André voor dat hij bereid was André te ruilen voor Arnold. Dit voorstel weigerde Clinton; na een militair tribunaal werd André op 2 oktober opgehangen in Tappan, New York. Washington infiltreerde ook mannen in New York in een poging Arnold te ontvoeren; dit plan, dat bijna slaagde, mislukte toen Arnold van verblijfplaats veranderde voordat hij in december naar Virginia vertrok.
Arnold probeerde zijn acties te rechtvaardigen in een open brief getiteld To the Inhabitants of America, die in oktober 1780 in kranten werd gepubliceerd. In de brief aan Washington, waarin hij om een veilige doorgang voor Peggy vroeg, schreef hij: "Liefde voor mijn land drijft mijn huidige gedrag, hoe tegenstrijdig het ook mag lijken voor de wereld, die zelden een juist oordeel velt over iemands daden."