Junior Kroupi dał gościom zasłużone prowadzenie w 17. minucie, zanim Viktor Gyokeres wyrównał dla grającego bez polotu Arsenalu z rzutu karnego.
Jednak Alex Scott przywrócił prowadzenie Bournemouth w 74. minucie, a drużyna Artety nie zdołała odpowiedzieć i poniosła drugą ligową porażkę u siebie w tym sezonie.
Kanonierzy wciąż mają dziewięć punktów przewagi nad drugim Manchesterem City, do końca zostało sześć kolejek, ale piłkarze Pepa Guardioli, mając dwa mecze zaległe, wracają do walki o tytuł.
Obie drużyny zmierzą się w przyszłą niedzielę na Etihad w spotkaniu, które może przesądzić o mistrzostwie.
"To mocny cios w twarz, tak powiedziałem chłopakom, a teraz wszystko zależy od tego, jak na to zareagujemy" - przyznał rozczarowany Arteta. "Byliśmy bardzo daleko od poziomu, który prezentowaliśmy" -dodał. "To pewne, zwłaszcza w kluczowych fragmentach, a grając z takim zespołem jak Bournemouth, to było bardzo widoczne. Ale ponownie, nie chcę krytykować żadnego zawodnika, zwłaszcza tutaj, publicznie".
Arsenal, który jeszcze kilka tygodni temu był na dobrej drodze do historycznego poczwórnego triumfu, poniósł teraz trzy kolejne porażki w krajowych rozgrywkach.
Wciąż pozostaje faworytem do pierwszego mistrzostwa Premier League od 2004 roku po trzech z rzędu drugich miejscach. Jednak Arteta przyznał, że czeka go trudne zadanie, by podnieść swoich piłkarzy mentalnie.
"Wiemy, o co gramy i fakt, że jako klub tak długo tego nie osiągnęliśmy, jest tego powodem" - stwierdził Hiszpan. "To pokazuje, jak trudne to zadanie, ale chcę się skupić na tym, co możemy kontrolować, na czym możemy dominować i co już robiliśmy. Nie chodzi o to, że musimy robić wiele nowych rzeczy, których wcześniej nie robiliśmy, nie, po prostu róbmy dalej to, co robiliśmy przez dziewięć miesięcy, bo to właśnie doprowadziło nas do tego miejsca".
Szkoleniowiec Arsenalu podkreślił, że bardzo potrzebuje powrotu wszystkich podstawowych zawodników.
W sobotę zabrakło m.in. Bukayo Saki, Martina Odegaarda, Jurriena Timbera i Riccardo Calafioriego.
"Potrzebujemy wszystkich, przede wszystkim wszyscy muszą być zdrowi i gotowi do gry" - zaznaczył. "Ci, których nie było, którzy nie są z nami, a są bardzo ważnymi piłkarzami, muszą jak najszybciej wrócić, bo wtedy będziemy znacznie silniejsi. A pozostali muszą się podnieść, ja pierwszy, przyjąć to wyzwanie i walczyć dalej. Dziś musimy cierpieć. To bolesne, to okropne uczucie, ale jutro będzie nowy dzień i gdyby ktoś powiedział mi w sierpniu, że w kwietniu będziemy w takiej sytuacji, na pewno wszyscy byśmy to wzięli".
Arsenal w środę zagra rewanżowy mecz ćwierćfinału Ligi Mistrzów ze Sportingiem Lizbona po wygranej 1:0 w pierwszym spotkaniu.
Cztery dni później czeka go kluczowe starcie na stadionie City, które może przesądzić o losach sezonu.