Emiliano Buendia zapewnił Villi zwycięstwo w ostatniej akcji emocjonującego spotkania, przerywając tym samym serię 18 meczów bez porażki Kanonierów we wszystkich rozgrywkach.
Leandro Trossard z Arsenalu wszedł z ławki i zdobył bramkę wyrównującą w drugiej połowie, po tym jak Matty Cash otworzył wynik w pierwszej połowie na stadionie Villi.
To była pierwsza porażka Arsenalu od czasu przegranego meczu z Liverpoolem w sierpniu i dopiero druga w całym sezonie.
Rzadkie potknięcie zespołu z północnego Londynu sprawiło, że Aston Villa traci już tylko trzy punkty do lidera, a Manchester City po zwycięstwie nad Sunderlandem tego samego dnia zmniejszył stratę do dwóch punktów.
Kanonierzy mają w swojej historii przypadki załamania formy po objęciu prowadzenia w walce o tytuł.
W trzech ostatnich sezonach kończyli rozgrywki na drugim miejscu i nie zdobyli mistrzostwa od 2004 roku.
Jednak Arteta pozostaje przekonany, że drużyna poradzi sobie z rosnącą presją.
"Taka jest ta liga, jedziesz na Old Trafford, na St James' Park, na Chelsea, przyjeżdżasz tutaj – graliśmy już na wielu trudnych stadionach" - powiedział. "Wynik mógł być inny, ale rzeczywistość jest taka, jaka jest. Mamy za sobą 18 meczów bez porażki i wciąż jesteśmy blisko siebie w tabeli. Taki jest poziom tej ligi, zdajemy sobie z tego sprawę. To szansa, która przed nami stoi i tyle".
"Teraz czas, by się podnieść, dali mi wszelkie powody, by wierzyć, że zagramy na tym samym poziomie. Idziemy dalej. Wyciągniemy wnioski z dzisiejszego dnia i to uczyni nas lepszą drużyną".
Aston Villa w walce o tytuł
Arteta doskonale wie z własnego doświadczenia, jak wiele zwrotów akcji czeka jeszcze w walce o prymat w Premier League.
Nie zamierza jednak okazywać frustracji po występie, w którym jego defensywa, osłabiona przez kontuzje i pozbawiona trzech środkowych obrońców, popełniła sporo błędów.
"Za nami pięć miesięcy rozgrywek i do tej pory dawaliśmy radę. Teraz musimy udowodnić, że poradzimy sobie z tym wyzwaniem jeszcze przez kolejne sześć miesięcy" - stwierdził. "Kto myśli, że na tym etapie będziemy mieli 10 punktów przewagi, żyje w innym świecie".
Arsenal otrzymał kolejny cios – Arteta ujawnił, że uraz kostki środkowego obrońcy Cristhiana Mosquery okazał się poważniejszy, niż początkowo sądzono.
"Niestety, wypadnie z gry na kilka tygodni" - powiedział. "To znacznie poważniejsze, niż się spodziewaliśmy, więc nie zagra przez kilka tygodni".
Trener Villi, Unai Emery, wyciągnął swój zespół z głębokiego kryzysu, gdy na początku sezonu znalazł się w strefie spadkowej.
Podopieczni Emery'ego nie wygrali żadnego z pięciu pierwszych spotkań, ale dziewięć zwycięstw w ostatnich dziesięciu meczach sprawiło, że niespodziewanie włączyli się do walki o tytuł, choć sam Hiszpan nie chce tego przyznać.
"Nie myślę o tytule, wiem, że 38 meczów to ogromne wyzwanie, nie jesteśmy kandydatami" - stwierdził. "Gdybyśmy byli teraz w 35. kolejce, może mówiłbym inaczej. W tabeli oczywiście czujemy się lepiej niż dwa miesiące temu. Ale to Arsenal jest faworytem do zdobycia tytułu, my musimy zachować równowagę, bo właśnie dzięki niej wydostaliśmy się z dołu tabeli".