Nel 1936 Momigliano, risultato vincitore della cattedra di Storia romana all'Università di Torino, tornò nella città dove aveva iniziato i suoi studi universitari, avviandosi ad una rapida e brillante carriera universitaria il cui momento iniziale è suggellato dalla importante prolusione pronunciata nel dicembre dello stesso anno su "Koinè eirene, Pax Romana e Pax Christiana" in cui attorno al tema della pace si sviluppa una riflessione globale sulla vicenda politica greca e imperiale romana.
Nell'ottobre del 1938, tuttavia, egli fu allontanato dal suo insegnamento per la promulgazione delle leggi razziali. Costretto a lasciare l'Italia nel marzo del 1939, trovò inizialmente rifugio ad Oxford, dove si erano raccolti molti degli studiosi sfuggiti alla persecuzione nazista e dove egli poté continuare i suoi studi grazie all'aiuto della 'Society for the Protection of Science and Learning', nel confronto quotidiano con la comunità scientifica, ricca e stimolante di filologi e storici del mondo antico, soprattutto tedeschi, raccoltisi attorno all'Ashmolean Museum. Furono tuttavia questi anni difficili in cui alla fatica del vivere quotidiano, come esule esposto ai pericoli della diffidenza dopo l'entrata in guerra dell'Italia nel 1940, si sommava quella di apprendere una lingua straniera attraverso la quale dare espressione ai risultati della propria attività. Senza altri mezzi che non il proprio lavoro intellettuale, Momigliano scrisse in quel periodo numerosi articoli per l'"Oxford Classical Dictionary", collaborando anche con la BBC, attività ora testimoniata dall'archivio con la trascrizione di alcuni programmi radiofonici del periodo della guerra. Ne uscì perfettamente padrone dello strumento linguistico che avrebbe privilegiato per il resto della sua vita, trovando anzi nella sintassi più scarna e asciutta dell'inglese il mezzo espressivo più idoneo per la propria prosa.
La sua produzione scientifica conobbe negli anni dell'esilio una fase di relativo rallentamento, senza tuttavia interrompersi del tutto: per un solo anno, il 1939, non si ha alcuna pubblicazione, ma le carte dell'archivio testimoniano già a partire dai primi mesi oxoniensi una intensa attività di studio con elementi di forte continuità e di rinnovata riflessione rispetto alle tematiche degli anni precedenti. La maggior parte del materiale, tra cui alcuni scritti rimasti inediti fino alla morte e numerosi quaderni di appunti, è legata al progetto di un'opera su "Liberty and Peace in Antiquity" che arricchisce il tema della prolusione torinese di un elemento su cui la persecuzione e l'esilio non potevano non indurlo a riflettere, quello della libertà. Nel frattempo, terminata la guerra, egli era stato riammesso all'Università di Torino come professore soprannumerario, essendo stata ormai occupata la sua cattedra. Nel 1946 gli venne da Benedetto Croce l'offerta di dirigere l'Istituto italiano di studi storici di Napoli, offerta che rifiutò per rimanere in Inghilterra, nel ruolo di professore ordinario a disposizione del Ministero degli esteri per l'insegnamento fuori Italia, con un incarico prima all'Università di Bristol, quindi, dal 1951 all'Università di Londra . Gli anni di Bristol non segnarono un cambiamento profondo per lo studioso che rimase sostanzialmente legato ad Oxford cui tornava regolarmente il fine settimana, sebbene il circolo intellettuale, ivi raccoltosi negli anni della guerra, stesse oramai disperdendosi.
Ben diversamente egli si radicò a Londra, nel cui ambiente accademico aperto all'incontro tra studiosi di diversa formazione e al confronto interdisciplinare trovò non solo un importante centro di propulsione per i suoi studi, ma anche un luogo di discussione metodologica dal quale ha profondamente influenzato la riflessione storiografica inglese ed in generale gli studi di storia dell'antichità. I due centri attorno a cui si svolse la sua attività furono da un lato l'University College, presso cui insegnò storia antica fino al 1975, dall'altro il Warburg Institute alle cui attività partecipò intensamente, rinnovando nella frequentazione degli studiosi ivi raccolti il proprio legame con la cultura tedesca, incontrando dopo gli anni di Torino l'amico della giovinezza, Dionisotti, trovando in Anne Marie Meyer una preziosa collaborazione durata fino alla morte. Senza abbandonare aspetti ormai tradizionali della sua ricerca, Momigliano allargò tuttavia in quegli anni il proprio orizzonte anche ad altri temi, in parte del tutto nuovi, in parte rinnovati da una più matura consapevolezza.
Agli anni 50 risale l'interesse per l'età tardo-antica, interesse legato allo sviluppo degli studi sull'impero romano, ma da allora divenuto un terreno di indagine autonomo cui lo storico si dedicherà in numerosi saggi, improntati all'attenzione per le problematiche inerenti alle età di transizione come terreno privilegiato di ricerca storica. La lezione inaugurale all'University College, su "G. Grote and the Study of Greek History" propose d'altra parte ai suoi ascoltatori un filone di ricerca, quello della storia della storiografia, le cui origini affondavano le proprie lontane radici nella stessa tesi di laurea su Tucidide , ma nel quale Momigliano, accanto all'interesse per gli storici antichi, aveva portato dei contributi già dal 1946, anno di un importante saggio su Creuzer e col successivo studio del 1950 su "Ancient History and Antiquarian", quello del tutto nuovo per gli studiosi del XVIII e XIX secolo.
Dal 1964, quando egli trasferì la cattedra di Storia romana che aveva conservato a Torino presso la Scuola normale superiore di Pisa, riprendendo a distanza di quasi 30 anni il rapporto drammaticamente interrotto con l'università italiana, Barthold Georgh Niebuhr , Numa-Denis Fustel de Coulanges, Weber, Karl Julius Beloch , Eduard Meyer, Ulrich von Wilamowitz, Schwartz, Reinhardt , divennero l'oggetto di seminari memorabili, organizzati annualmente nella sede prestigiosa ed autorevole attraverso cui egli contribuì a rafforzare il valore stesso della storia della storiografia come disciplina autonoma. Nel 1962, invitato negli Stati Uniti a tenere le "Sather Lectures" all'Università di Berkeley , propose in sei lezioni una riflessione complessiva sulla storiografia antica alla quale ritornò costantemente, rielaborando il materiale per successive occasioni, mentre proseguiva in singoli saggi l'esame di aspetti o di autori particolari: Erodoto, Tucidide, Polibio, Tacito, come lo sviluppo della biografia greca, l'idea del tempo nella storiografia antica, lo studio del rapporto tra storiografia e profezia. Ai primi anni Sessanta risale anche la ripresa di un interesse già presente negli studi degli anni Trenta, quello sulle origini di Roma, in buona parte rinnovato dal mutato quadro delle conoscenze, soprattutto per effetto delle scoperte archeologiche: nel 1963 Momigliano pubblicò il saggio: "An Interim Report on the Origins of Rome" e nello stesso anno tenne a Cambridge due importanti conferenze su questo tema, iniziando da allora un dialogo serrato con i principali studiosi, Andras Alföldi in primo luogo, su questioni di cronologia, di storia sociale e soprattutto di metodo. Momento conclusivo di questa riflessione è il capitolo scritto nel 1981 per la Cambridge Ancient History , per la cui elaborazione è centrale a sua volta la serie di conferenze svolte nell'ambito di un seminario tenuto a Chicago nel 1980. A partire dal 1975, infatti, Momigliano che già aveva frequentato a più riprese il mondo accademico statunitense, nel 1959 per un ciclo di conferenze come Alexander White visiting professor all'Università di Chicago, nel 1962 per le "Sather Lectures" a Berkeley , nel 1965 e 1968 per alcuni seminari ad Harvard, ottenne per la seconda volta l'incarico di Alexander White visiting professor, trovando a Chicago, oltre che in Londra e Pisa, un polo di riferimento essenziale per la propria attività scientifica. Qui egli tenne ogni anno un ciclo di seminari nei quali poté riprendere e rielaborare fino all'anno della morte, il 1987, i principali temi della propria ricerca, sviscerati in maniera sistematica e spesso successivamente sottoposti al vaglio del pubblico inglese ed europeo in genere, in una instancabile ricerca di dialogo tra culture, metodologie e orientamenti diversi. Gli anni di Chicago coincidono con il ritorno sempre più consistente di due interessi cruciali per la ricerca momiglianea: lo studio del giudaismo e quello dell'opposizione religiosa nell'ambito dell'impero romano. Il primo, che affonda le sue radici nelle prime pubblicazioni sui Maccabei, trova una doppia giustificazione nell'interesse scientifico per la centralità dell'incontro ellenistico tra mondo greco e giudaico come momento storicamente importante per la formazione della cultura occidentale, ma anche nella propria condizione biografica di ebreo che dovette conoscere l'esperienza della persecuzione. Nelle "Trevelyan Lectures" tenute a Cambridge nel 1973, da cui due anni dopo deriverà la pubblicazione del fondamentale "Alien Wisdom" (London 1975), egli impostò il problema dei 'limiti dell'ellenizzazione', ma fu soprattutto nella serie di conferenze tenute negli anni 1978-82 a Londra, Chicago e Oxford che egli riprese sistematicamente il tema, esaminando i diversi aspetti della resistenza giudaica all'acculturazione. Le problematiche sulla religione imperiale romana che occuparono Momigliano nelle lezioni di Chicago del 1983-1987 trovarono a loro volta origine come sviluppo dello studio sulle tematiche di pace e libertà affrontato dalla fine degli anni '40 in rapporto alla realtà dell'impero romano, ma con una più accentuata considerazione del fenomeno religioso, in considerazione dello sviluppo di interessi sul trapasso dal paganesimo al cristianesimo, sulla storia del giudaismo nel mondo antico, sul rapporto tra storiografia e profezia, sull'importanza della biografia per la storia religiosa.
In esse trovano sintesi così le tematiche principali di tutta la sua vita, alle quali non manca la attenta considerazione di problemi di storia della storiografia, in particolare nell'esame dell'opera di Georges Dumézil, di Johann Jakob Bachofen, di Franz Cumont. Su questo Momigliano ha lavorato instancabilmente fino alla morte, senza perdere la sua straordinaria lucidità e senza mai fare presagire la fine; quando egli è mancato, per un attacco di cuore, il 1° settembre 1987 ha lasciato un vuoto improvviso, privando la comunità scientifica di uno studioso dalla personalità vivace e stimolante, dalle vastissime conoscenze e dallo straordinario acume nell'affrontare i problemi storici. Tranne le monografie, le opere di Arnaldo Momigliano sono pubblicate in: "Contributo alla storia degli studi classici", Roma, Edizioni di Storia e Letteratura, 1955, "Secondo Contributo alla storia degli studi classici", Roma, Edizioni di Storia e Letteratura, 1960, "Terzo [-Nono] Contributo alla storia degli studi classici e del mondo antico", Roma, Edizioni di Storia e Letteratura, 1966-1992, cui deve ora aggiungersi il decimo ed ultimo "Contributo", a cura di R. DI DONATO, Roma, Edizioni di Storia e Letteratura, in corso di stampa. Nel "Quarto" (1969), nel "Sesto" (1980), e nell'"Ottavo Contributo" (1987) è contenuta l'intera bibliografia momiglianea fino al 1987; la cumulazione, con l'aggiornamento per le opere pubblicate postume, sarà nel "Decimo Contributo".