Gabriel Martinelli a donné l’avantage aux visiteurs à la 16e minute, avant de s’emparer de son deuxième du match 12 minutes plus tard.
Le milieu de terrain anglais Bukayo Saka a ensuite ajouté un troisième pour Arsenal quelques minutes avant la mi-temps.
Leeds est revenu au combat en seconde période et s’est remis dans le match grâce au penalty de Raphinha à la 75e minute.
Mais le mal était déjà fait et les choses ont empiré lorsque le remplaçant Emile Smith Rowe a ajouté un quatrième pour Arsenal à sept minutes de la fin.
La défaite laisse Leeds à la 16e place, tandis que l’Arsenal d’Arteta occupe la dernière place de la Ligue des champions en quatrième position.