Profesionālā darbība teātrī, nozīmīgākās lomas 20. gs. sākumā Rīgā aktīvi tika dibināti jauni teātri un biedrības, un A. Mihelsons spēlēja, kur vien viņu aicināja. “Ausekļa” teātrī pie režisora Roberta Holcmaņa viņš daudz iemācījās, spēlējot gan latviešu, gan ārzemju autoru lugās. Mūzikas un dziedāšanas biedrībā “Gaisma” pie režisora Viļa Segliņa A. Mihelsons sastapās ar aktieri Eduardu Smiļģi. Pēc 1905. gada revolūcijas notikumiem daudzi no šiem teātriem tika slēgti. 1907. gadā A. Mihelsons tika iesaukts Krievijas Impērijas armijā un nosūtīts uz Toboļskas pilsētu Sibīrijā, kur darbojās armijas trupā. Pārnācis no karadienesta 1909. gadā, A. Mihelsons turpināja darboties teātrī – ar R. Tautmīļa-Bērziņa ceļojošo ansambli braukāja pa Kurzemes un Vidzemes guberņām, iestājās “Ziemeļblāzmas” teātrī, pēc labām atsauksmēm presē lūdza pieņemt viņu darbā “Interimteātrī”, ko vadīja Pēteris Ozoliņš un kur spēlēja Reinholds Veics un Dace Akmentiņa. Kad 1912. gadā sāka iznākt humoristiski satīriskie žurnāli “Dadzis” un “Gailis”, A. Mihelsons sāka rakstīt šiem izdevumiem kā Rutku Tēvs.
Sākoties Pirmajam pasaules karam, A. Mihelsons tika mobilizēts Krievijas armijā, karaspēka apgādes nodaļas kancelejā par rakstvedi. Pēc trīs gadiem viņš pārgāja pie latviešu strēlnieku vienībām un tika ieskaitīts 3. Kurzemes strēlnieku pulka trupā. Strēlnieku pulkam atkāpjoties, A. Mihelsons palika Rīgā, krita vācu gūstā un kā vācu karagūsteknis nokļuva Rietumprūsijas nometnē pie Čerskas pilsētas (mūsdienu Polijā). Tā kā nometnes teātrī nebija sieviešu, A. Mihelsons varēja izmēģināt savus spēkus, spēlējot sieviešu lomas. 1917. gadā viņš atgriezās Rīgā un tika pieņemts Rīgas latviešu pilsētas teātrī. 1919. gada sākumā lielinieku varas apstākļos A. Mihelsonu uzaicināja Valmieras Padomes teātris. Tomēr drīz aktieri tika mobilizēti Sarkanajā armijā un nosūtīti uz Krievijā, kur darbojās strēlnieku pulku frontes teātrī Krievijas pilsoņu kara apstākļos, spēlējot izrādes karaspēka daļām. 1920. gada vasarā strēlnieku frontes teātris nokļuva Maskavā, tur tika organizēts Valsts Latviešu dramatiskais teātris-studija, kur A. Mihelsons varēja mācīties gan pie latviešu, gan krievu pedagogiem. 1921. gada beigās aktieris atgriezās Latvijā, kur E. Smiļģis viņu pieņēma darbā jaundibinātajā Raiņa un Aspazijas Tautas nama Dailes teātrī.
Pirmā loma Dailes teātrī A. Mihelsonam bija Maize Morisa Māterlinka (Maurice Polydore Marie Bernard Maeterlinck) lugā “Zilais putns” (L’Oiseau bleu, 1921, insc. E. Smiļģis). Jau drīz aktieris sāka spēlēt komiskās lomas. Rūdolfa Blaumaņa komēdijās viņš bija atsperīgais Rūdis lugā “Skroderdienas Silmačos” (1923, insc. E. Smiļģis) un tūļīgais Brencis lugā “Trīnes grēki” (1925, insc. E. Smiļģis), Reiņa un Matīsa Kaudzīšu darbā “Mērnieku laiki” (1924, insc. E. Smiļģis) – pārgudrais Pietuka Krustiņš. Pēc pieciem gadiem, 1926. gadā, A. Mihelsons uz neilgu laiku pārgāja uz Latvijas Nacionālo teātri, bet, atsaucoties E. Smiļģa aicinājumam, pēc gada atgriezās Dailes teātrī. Viena no nozīmīgākajām šī perioda lomām bija Didzis Raiņa lugā “Pūt, vējiņi!” (1929, insc. E. Smiļģis). Svinot savu 45 gadu dzīves un 25 gadu skatuves darba jubileju, A. Mihelsons dramatizēja savu romānu “Dumpīgā Rīga” (1931, insc. E. Smiļģis), kura iestudējumā pats tēloja vientiesīgo zemnieku puisi Lauri.
Pasliktinoties attiecībām ar E. Smiļģi un retāk saņemot lomas, 1934. gadā A. Mihelsons aizgāja no teātra un pievērsās rakstīšanai. 1941. gadā, nacistiskās Vācijas okupācijas laikā, E. Smiļģis atkal aicināja A. Mihelsonu atgriezties teātrī. Pirmā loma pēc atgriešanās aktierim bija asprātīgais Minhauzena kalps Jukums Mārtiņa Zīverta lugā “Minhauzena precības” (1941, insc. E. Smiļģis).
Jau kopš pirmajām skatuves dienām A. Mihelsons krāja materiālus par latviešu teātra aktieriem un režisoriem, daudzajām teātru biedrībām, latviešu teātra attīstību un veidošanos. Viņš bija apkopojis arī vairākus aforismu un anekdošu krājumus, tostarp grāmatiņu “Latviešu teātris anekdotos. No 1804. līdz 1940. gadam” (1943). Dailes teātra Otrajā studijā (1946–1949) viņš lasīja lekcijas par latviešu teātra vēsturi. A. Mihelsons sarakstīja arī apjomīgu darbu “Materiāli teātra vēsturei”, kas netika izdots.
A. Mihelsona aktierspēli raksturoja precīza rakstura atklāsme, bieži mākslinieciski sakāpinātā, bet vienmēr organiskā patiesīgumā. Viņš bija delartiskas improvizācijas meistars, kurš bieži papildināja lomas tekstu ar savu, pieskaņojot to aktuālajai dzīves realitātei. Izprotot atveidojamo tēlu būtību, aktieris atrada tiem vispiemērotāko grimu.
Vislielāko popularitāti A. Mihelsonam atnesa vairākos iestudējumos tēlotās Viljama Šekspīra (William Shakespeare) komiskās lomas. Dzirkstošs humors un improvizācijas meistarība sajūsmināja skatītājus kārtībnieka Ķīseļa lomā komēdijā “Liela brēka, maza vilna” (Much Ado About Nothing, 1923, 1930, 1946, insc. E. Smiļģis), pirmajos divos iestudējumos partnerībā ar Gustavu Žibaltu, bet trešajā – ar Luiju Šmitu Dzērvenes lomā, kā arī grādīgo dzērienu cienītāja sera Tobija Belča lomā komēdijā “Divpadsmitā nakts” (Twelfth Night, 1921, 1933, insc. E. Smiļģis; 1951, rež. Felicita Ertnere, Marga Tetere, Osvalds Krēsliņš). A. Mihelsons atveidoja daudzveidīgus raksturus. Viņš bija vecais strādnieks Kliģis Jūlija Vanaga un Friča Rokpeļņa lugā “Ceļa cirtēji” (1945, insc. E. Smiļģis, rež. F. Ertnere, Emīls Mačs), paslinkais Svētlaimīgais Prokofijs Maksima Gorkija (Максим Горький) lugā “Jegors Buličovs un citi” (Егор Булычов и другие, 1946, insc. E. Smiļģis, rež. F. Ertnere, E. Mačs), Ķēniņš Annas Brigaderes lugā “Sprīdītis” (1948, insc. E. Smiļģis, rež. E. Mačs), sīkais blēdis Raspļujevs Aleksandra Suhovo-Kobiļina (Александр Васильевич Сухово-Кобылин) komēdijā “Krečinska kāzas” (Свадьба Кречинского, 1950, insc. E. Smiļģis, rež. Kārlis Pabriks), omulīgais, mazliet sievišķīgais Gubernators Nikolaja Gogoļa (Николай Васильевич Гоголь) darbā “Mirušās dvēseles” (Мёртвые души, 1952, rež. E. Smiļģis, F. Ertnere), Grosvange Andreja Upīša komēdijā “Apburtais loks” (1953, rež. E. Smiļģis).
A. Mihelsons maz spēlējis dramatiskās lomas. Viena no tādām bija mazrunīgais, skumjais ārsts Čebutikins Antona Čehova (Антон Павлович Чехов) lugā “Trīs māsas” (Три сестры, 1951, rež. F. Ertnere). Labestīgs, siltā cilvēcībā starojošs bija aktiera atveidotais Mikus tēvs R. Blaumaņa drāmā “Pazudušais dēls” (1954, rež. E. Smiļģis), ko A. Mihelsons nospēlēja tikai vienu reizi savā 70 gadu dzīves un 50 gadu skatuves darba jubilejas izrādē 1956. gadā, atvadoties no teātra.
Kopumā savos aktiera darba gados A. Mihelsons nospēlēja vairāk nekā 400 lomu.