В Риме он познакомился с косматеско – декоративном стилем, типичным для этого города. Влияние этого стиля можно видеть в работах скульптора для базилик Сан-Паоло-фуори-ле-Мура (1285 г.) и Санта-Чечилия-ин-Трастевере (1293 г.). Тогда же он создал вертепы для Санта-Мария-маджоре и Санта-Мария-ин-Арачели, памятник папе Бонифацию VIII (1300 г.) и бронзовую статую святого Петра в базилике Святого Петра. В 1294–1295 гг. ди Камбио работал во Флоренции, в основном в качестве архитектора. Одной из лучших работ мастера считается созданный совместно с Джованни Пизано (около 1250 – около 1315 гг.), его отцом – Никколо Пизано – и архитектором фра Бевеньято фонтан Маджоре на площади в Перудже (1278 г.). Этот фонтан состоял из двух многогранных по очертаниям, расположенных один над другим бассейнов, для украшения которых были изваяны двадцать четыре статуи и пятьдесят рельефов. Соотношения бассейнов, выдержанные в сложном ритме, составляют одно из главных достоинств этого произведения. Двадцать пять сторон нижнего бассейна украшены только рельефами, на двадцати трех ребрах верхнего бассейна укреплены только статуи. Из бронзовой вазы верхнего бассейна возникает бьющая струя, обтекающая его края и падающая через открытые львиные пасти в нижний. Принадлежащие Арнольфо фрагменты рельефов этого фонтана, хранящиеся в музее в Перудже, представляют собой полулежащие фигуры, данные в сложных поворотах и в поразительном для того времени богатстве движений. Складки одежд подчеркивают формы тела, переданные с чисто материальной ощутимостью и жизненностью (из этого фонтана запрещалось поить животных и набирать воду в грязную посуду). Из работ римского периода исследователи выделяют надгробие кардинала Гийома де Брей в церкви Сан Доменико в Орвьето, созданное Арнольфо ди Камбио совместно с учениками и являющееся одним из прототипов многочисленных настенных гробниц итальянского Возрождения. Исполненное в монументально-декоративной манере, оно отличается большим реализмом в изображении фигуры умершего и двух дьяконов, отдергивающих занавеси. Эти статуи принадлежат самому Арнольфо ди Камбио. Время с 1284 г. до самой смерти скульптор проводит во Флоренции, где работает как один из крупнейших мастеров дученто, чье искусство задерживает на известное время волну готической реакции, проявившейся уже в полной мере в творчестве Джованни Пизано и других мастеров XIII–XIV вв. Во Флоренции Арнольфо ди Камбио выполнил (по-видимому, для церкви Санта Кроче) рельеф «Благовещение» и предназначенную для правого портала Флорентийского собора замечательную скульптурную группу «Оплакивание Иоанном Марии» (Берлин). В 1296 г. Арнольфо ди Камбио начал строительство городского собора Санта-Мария дель Фьоре во Флоренции. Согласно Джорджо Вазари (1511–1524 гг.), он отвечал за строительство кафедрального собора города, для которого он выполнил статуи, украшавшие нижнюю часть фасада (утрачена в 1589 г.). Уцелевшие скульптуры в настоящее время находятся в музее собора. Джорджо Вазари приписывал ему также создание плана нового города Сан-Джованни-Вальдарно.