На фронте Константин Константинович командует взводом в 12-м Уланском полку. Но он уже не может жить без неба. Находясь на излечении в госпитале, он телеграфирует высшему авиационному начальству: «Прошу сообщить могу ли быть принят лётчиком в отряд воздушного флота имею звание пилота-авиатора диплом императорского аэроклуба № 45 в случае возможности прошу ходатайствовать и телеграфировать 137 госпиталь прапорщику 12 уланского Белгородского полка Арцеулову».

Ответ приходит быстро, и его с согласия великого князя Александра Михайловича командируют в Севастопольскую школу авиации.

Весной 1915-го он прибывает в Крым, летом сдаёт экзамен и получает звание военного лётчика. После выпуска Арцеулова направляют в 18-й разведывательный корпусной авиаотряд. Этот отряд только с августа по сентябрь 1916 г. совершил 120 боевых вылетов и записал на свой счёт пять побед, потеряв всего один аэродром. Как-то сразу молодой офицер был замечен командованием и выдвинулся в ведущие лётчики. На стареньком «фармане» Арцеулов совершил 200 боевых вылетов на разведку и корректировку артиллерийского огня. И это на тихоходном и весьма хрупком аппарате!

Марк Галлай: «К трём орденам, которые Арцеулов заслужил, воюя в кавалерии, прибавились ещё два: Святой Анны 4-й степени с надписью "За храбрость" и Святого Владимира 4-й степени с мечами и бантом. <…>

21 мая 1916 года прапорщика Арцеулова направляют в Москву "для тренировки на аппаратах-истребителях". <…> Оттренировавшись за два месяца на самолётах истребительного типа, Арцеулов возвращается на фронт.

Приказ по армии Юго-Западного фронта от 20 июля 1916 года гласит: командировать Арцеулова в VIII истребительный отряд.

И за неполных два месяца он проводит 18 успешных воздушных боёв, в которых обращает противника в бегство».

Тогда же под Луцком он подбивает германский «альбатрос». При падении самолёт пострадал, но был скоро отремонтирован, и с той поры Константин Константинович совершал дерзкие налёты на этом трофее. А в августе 1916-го Арцеулова похоронили заживо. В газетах Петрограда, Москвы и Парижа появились заметки о гибели в воздушном бою внука знаменитого художника Айвазовского. Но, к счастью, всё это оказалось не более чем слухами.

В сентябре 1916-го Арцеулова отзывают в Севастопольскую школу на должность начальника истребительного отделения, где он становится первооткрывателем в покорении «штопора».

Вот как это было со слов самого Арцеулова: «В 1916 г. меня командировали… для организации истребительного отдела при Севастопольской школе военных лётчиков. Здесь я получил возможность заняться вопросом "штопора" и способа выхода из него <…>, я понял, что надо сделать следующий шаг — сделать "штопор" умышленно и выйти из него. Я могу сказать, что, приняв такое решение, я оставался спокоен. Ведь парашюта тогда не было, и в случае ошибки полёт стал бы для меня последним, но закалка нервов в недавних боях помогла быть твёрдым в своём решении.

В ясное осеннее утро я поднялся на своём истребителе «Ньюпор-21», набрал высоту 2000 метров и, сделав пологий вираж, чтобы приготовиться, сбавил газ, выключил мотор. Потеряв скорость, нажимаю левую педаль. Левое крыло проваливается вниз. Какая-то сила заносит самолёт вокруг него. В быстром вращении всё сливается в опрокинутый конус. Внизу только мелькают строения аэроплана. Вот он "штопор"! Даю правую ногу, ручку "от себя", крен влево. Самолёт как бы останавливается носом вниз и устремляется в пикирование. Выключаю мотор, и распираемый счастьем, уверенно повторяю "штопор" и иду на посадку. С тех пор по выполнению "штопора" начали обучать, как обычной фигуре пилотажа, и многие жизни лётчиков были спасены».