Die potenziell natürliche Vegetation auf den silikatischen Ausgangsgesteinen des Arnsberger Waldes ist der Hainsimsen-Silikatbuchenwald, der deutlich artenärmer ist, als der Waldmeister-Kalkbuchenwald. Typisch sind die namengebende Hainsimse, die Drahtschmiele, der Sauerklee und der Salbeigamander und auf Waldlichtungen der Fingerhut. Seltener sind Hainveilchen, Schönes Johanniskraut und der Siebenstern, der z.B. noch in den am Borghagen aufgeforsteten lichten Lärchen- Kiefernwäldern zu bestaunen ist. Im oberen Liethsteilhang zwischen Allagen und Niederbergheim wachsen auf Kalkgestein mit Waldmeister, Bingelkraut und Lungenkraut die typischen Arten des Waldmeister-Buchenwaldes.

Die Buche ist die potenziell natürliche Baumart des Arnsberger Waldes. Allein von 1872 bis 1972 hat der Anteil der Buche am Arnsberger Wald von 55% auf 19% abgenommen und wurde durch die Fichte ersetzt, die im gleichen Zeitraum von 16 auf 65% zunahm. Jedoch ist die Fichte nicht standortheimisch. Es ist die potenziell natürliche Baumart der höheren, niederschlagsreichen Mittelgebirgslagen. Der Baum ist Flachwurzler und kann bei klimawandelbedingt längeren Trockenphasen kein schädlingsabweisendes Harz mehr bilden. Daher ist die Fichte kein Zukunftsbaum des Arnsberger Waldes.