Acabei de encontrar este mesmo erro e corrigi-lo desativando as teclas xterm no meu tmux.conf :
setw -g xterm-keys off
Em seguida, adicionei as seguintes linhas ao meu .vimrc com base nessa resposta para permitir que as teclas de seta funcionem corretamente dentro do tmux .
" Needed for tmux and vim to play nice
nnoremap ^[[A <Up>
nnoremap ^[[B <Down>
nnoremap ^[[D <Left>
nnoremap ^[[C <Right>
Eu adicionei os caracteres "^ [[A" usando o modo textual do Vim, ou seja, pressionando Ctrl-v e depois a tecla de seta correspondente.
Por fim, defino meu tmux terminal para screen256-color usando a seguinte linha (também no meu tmux.conf ):
set-option -g default-terminal "screen-256color"