Destacó en sus trabajos de investigación teórica y colaboró estrechamente en el órgano de la ICE, Comunismo.
Al constituirse el Gobierno Vasco ese mes, el lehendakari José Antonio Aguirre le nombró inspector general de Sanidad del Cuerpo de Ejército vasco, cargo que desempeñó hasta prácticamente el final de la guerra en Euskadi.
Arenillas permaneció en Bilbao hasta el 19 de junio, para partir más tarde ante la ofensiva franquista a Carranza, Vizcaya y finalmente a Santander.
Tras el Pacto de Santoña entre los dirigentes del PNV y los mandos del CTV italiano fue detenido a finales de agosto de 1937 cuando intentaba huir en barco.
En septiembre se celebraron juicios sumarísimos contra los oficiales del Ejército Vasco, siendo condenado a muerte y fusilado por las tropas fascistas el 18 de diciembre de 1937, a la edad de 33 años.