Arce se hizo cargo del equipo azulgrana tras la salida del uruguayo Jorge Fosatti a principios de marzo de 2013 y su debut fue ante el Independiente Santa Fe de Colombia en la Olla por la Libertadores con una derrota de 2-1. El primer ciclo de Francisco Arce al frente de Cerro Porteño se inició con cuatro derrotas consecutivas, en el quinto partido llegó el primer triunfo, 3-2 ante General Díaz.
El ex entrenador de la selección paraguaya estuvo en cuatro campeonatos locales al frente del Ciclón llegando a jugar 67 partidos y logrando ser el mejor del torneo Clausura 2013 de manera invicta con la mayoría de jugadores formados en la cantera cerrista. Abandonó la dirección técnica azulgrana el 23 de agosto de 2014 tras una derrota de 4-1 ante Guaraní.
Dirigió en dos ediciones de la Copa Libertadores, en 2013 y 2014. El último partido de la Libertadores del 2013 fue bajo su conducción pero el no estuvo en el banco porque no fue a Perú para el partido de despedida ante el Real Garcilaso. En la Libertadores dirigió 12 juegos.
También tuvo la posibilidad de entrenar al Ciclón para los partidos de Copa Sudamericana. Dirigió tres partidos, en el 2013 los juegos ante la Universidad Católica de Chile donde Cerro quedó eliminado y el primer juego del 2014 ante Rentistas de Uruguay.
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En total, Francisco Arce estuvo en 82 partidos al frente del plantel de Cerro Porteño, con un total de 38 victorias, 23 empates y 21 derrotas. Con 141 goles a favor y 104 en contra. Este jueves, después de 1.944 días de su salida, fue confirmada su vuelta al club que lo vio crecer como futbolista y en el que estuvo como técnico campeón invicto.