Uczestniczyła w osłonie nieudanej operacji Vigorous – konwoju na Maltę, który ostatecznie zawrócił 14 czerwca ze sporymi stratami do bazy, odpierając liczne ataki lotnictwa, okrętów podwodnych i kutrów torpedowych. „Arethusa” została jedynie lekko uszkodzona odłamkami bomb.
20 lipca wraz z krążownikiem HMS „Dido” ostrzeliwała Mersa Matruh. W nocy na 13 sierpnia krążowniki HMS „Arethusa” i „Cleopatra” oraz 4 niszczyciele ostrzelały wyspę Rodos, w ramach działań odwracających uwagę od dużego konwoju na Maltę (operacji Pedestal). 18 listopada 1942 „Arethusa” z dwoma krążownikami przeciwlotniczymi i jednym lekkim z 15. eskadry („Cleopatra”, „Dido”, „Orion”) i 10 niszczycielami, osłaniała konwój 4 statków na Maltę – operacja Stoneage. Konwój był atakowany przez lotnictwo i ok. godziny 18.05, na północ od Derny, „Arethusa” została storpedowana przez prawdopodobnie włoski samolot torpedowy, otrzymując trafienie w lewą burtę w okolicy drugiej wieży dziobowej. Pomimo pożaru i przechyłu, „Arethusa” utrzymała się na wodzie i częściowo dopłynęła, a częściowo została doholowana (rufą naprzód, w celu zmniejszenia naporu wody) przez niszczyciel HMS „Petard”, do Aleksandrii, gdzie dotarła 21 listopada. Zginął przy tym 1 oficer i 155 marynarzy, rannych zostało 43 członków załogi.