Arnaldi er bare nummer 105 på verdensrankingen og hadde kvalifisert seg inn.
Ruud er ranket som nummer fire i verden og var storfavoritt.
Ruud har vunnet en turnering i Portugal, men ellers slitt i år.
Ruud står med ni tap på 20 kamper i 2023.
Ruud kom fra to 3. runde-tap i Monte Carlo og Barcelona.
– Casper har problemer med lengden på slagene, sier Eurosport-kommentator Christer Francke.
– Vi får krysse fingrene for at han finner formen og troen inn mot Roland Garros, sier Francke - og snakker om det åpne franske mesterskapet, årets mest prestisjefylte turnering på grus.
– Du blir litt frustrert, og du slår litt feil. Motstanderen vet hvilken medisin de skal bruke mot Casper om dagen, sier eksperten Øivind Sørvald i Eurosport-studio.
I første sett brøt Arnaldi til 3–1, Ruud brøt tilbake - men det ble avgjørende da italieneren brøt på 4–3 - på sin fjerde breakball. Arnaldi servet deretter inn 6–3.
Ruud smelte ballen ut på tribunen - og fikk advarsel fra dommeren.
I andre sett brøt Arnaldi allerede i første game og holdt sitt eget servegame til 2–0.
– Noe av den verste starten på et sett jeg har sett av Casper så lenge jeg kan huske, sier Francke på direkten.
Ruud holdt med nød og neppe sin egen serve og reduserte - men Arnaldi servet lett inn 3–1 og deretter 4–2.
Da vi trodde nordmannen skulle bryte til 4–4, hevet italieneren seg og holdt serven, slik at det sto 5–3. Ruud klarte etter litt og men å redusere til 5–4. Det hjalp lite.
– Min beste match i livet, sier Arnaldi, som nå går inn på topp 100 i verden. Det er første gang han møter Ruud.
Jaume Munar fra Spania er neste motstander for vinneren.
Se turneringen på Discovery+ og Eurosport Norge.