Männen tillfångatogs sedan den förruttnande kroppsdelen hittats på ett fält och sedan ett telefonsamtal mellan två män som diskuterade en försäljning av armen snappats upp.
– Vi har alla skäl att tro att männen är ledarna (bakom dådet), säger Peter Ngusa, lokal polischef i Arusha.
Offret, en 39-årig fyrabarnsmamma från Sumbawanga i sydväst, vårdas på sjukhus efter attacken.
Tanzania har sedan 2007 varit skådeplats för en serie mord på framförallt albinos, vars kroppsdelar säljs till häxdoktorer. Albinos vita kroppsdelar tros bringa lycka.