Arthur Melo interesa al Valencia. Según informa el periodista Gianluca Di Marzio, ha habido contactos entre Juventus y Valencia por el centrocampista brasileño. El Valencia ha mostrado interés por el ex jugador del Barcelona y ya se han sentado a hablar con la Juventus. Así lo reporta el periodista italiano, Gianluca Di Marzio, que afirma la existencia de esos contactos. Gattuso ya le ha dado el visto bueno a un jugador que tiene como objetivo disfrutar de minutos para poder conseguir su objetivo: estar en el Mundial de Catar.
Sería la segunda aventura del jugando en LaLiga. Arthur llegó el 9 de julio de 2018 cuando se anunció el acuerdo entre el F. C. Barcelona y el Grêmio F-B. P. A. para el traspaso del jugador a cambio de 31 millones de euros más 9 en variables. El 28 de julio disputó su primer partido como titular y también marcaría su primer gol ante el Tottenham Hotspur en un partido de pretemporada correspondiente a la International Champions Cup. El 12 de agosto fue titular en la final de la Supercopa de España ante el Sevilla F. C., donde logró su primer título. El 3 de octubre fue titular por primera vez en Liga de Campeones en la victoria por 2 a 4 en Wembley ante el Tottenham Hotspur F. C. El 28 de octubre disputó su primer clásico ante el Real Madrid C. F. que terminó con victoria por 5-1. Desde ese momento se haría un fijo en la alineación titular jugando como mediocampista organizador. El 28 de abril de 2019 se consagró campeón de Liga.
El 29 de junio de 2020 el conjunto catalán hizo oficial que había llegado a un acuerdo con la Juventus F. C. para su traspaso a cambio de 72 millones de euros más diez en variables y que se incorporaría al equipo italiano una vez finalizaran las competiciones oficiales de la temporada. El 27 de julio comunicó al club que no tenía intención de regresar al equipo y se quedaba de vacaciones en Brasil. A raíz de ello le abrieron un expediente disciplinario.