בעונתו הראשונה של צ'פמן סיים המועדון במקום השני בטבלה, הישג שלא חזר על עצמו בעונות שלאחר מכן, בהן המועדון סיים במרכז הטבלה. צ'פמן תכנן את מהלכיו בצורה מחושבת, ולאורך השנים דאג להחתמתם של שחקנים כגון שחקן הכנף ג'ו האלם, החלוץ ג'ק למברט והמגנים טום פארקר והרבי רוברטס, אשר חיזקו את מערך המשחק שלו. בעונת 1926/1927 לראשונה הגיע המועדון לגמר גביע ה-FA, אך הפסיד לקארדיף סיטי בתוצאה 0 - 1, כתוצאה מטעותו של השוער דן לואיס; הייתה זו הפעם היחידה בהיסטוריה שקבוצה לא-אנגלית זכתה בגביע.
צ'פמן המשיך לחזק את הסגל, והחתים את אדי הפגוד (לימים הקפטן של המועדון), וכן שלושה משחקני ההתקפה הטובים ביותר בהיסטוריה של המועדון - דייוויד ג'ק, אלכס ג'יימס וקליף באסטין; שלוש שנים לאחר מכן, בעונת 1929/1930, הצליח המועדון להעפיל לגמר גביע ה-FA נגד האדרספילד טאון (קבוצתו הקודמת של צ'פמן), והצליח לזכות בתואר המשמעותי הראשון שלו לאחר ניצחון בתוצאה 2 - 0 משערים של ג'יימס ולמברט.
הצלחה זו הייתה הראשונה בעשור שבו המועדון היה הדומיננטי בכדורגל האנגלי. המועדון זכה באליפות הראשונה שלו בעונת 1930/1931, כאשר ניצחונו הגדול ביותר היה בתוצאה 9 - 1 נגד גרימסבי טאון. המועדון הבטיח את הזכייה בתואר שני מחזורים לפני סיום העונה, שבה הבקיעו שחקניו 127 שערים (שיא המועדון).
בעונה שלאחר מכן העפיל המועדון פעם נוספת לגמר גביע ה-FA, בו הפסיד לניוקאסל יונייטד בנסיבות שנויות במחלוקת. בוב ג'ון העלה את ארסנל ליתרון של 1 - 0; ג'ימי ריצ'רדסון, שחקן הכנף של ניוקאסל שעמד זמנית מחוץ לתחומי המגרש, מסר את הכדור לחברו לקבוצה שהבקיע שער שוויון. במחצית השנייה השלים צמד, ובזכות כך ניוקאסל ניצחה. באותה עונה המועדון אף סיים במקום השני לאחר אברטון.
בעונה שלאחר מכן היטיב המועדון לשחק, וזכה באליפות השנייה בתולדותיו. למרות פתיחת עונה לא טובה, המועדון החל עד מהרה לנצח במשחקיו, כולל ניצחון בתוצאה 5 - 0 בהייבורי על מועדון אסטון וילה שהתמודד גם כן על האליפות. השחקנים הראשונים שהוחתמו על ידי צ'פמן החלו להפגין יכולת משחק פחות טובה כתוצאה מגילם המתקדם, ולפיכך החליט צ'פמן לקדם את ג'ורג' מייל להרכב הראשון במקום טום פארקר, ולהחתים את ריי באודן כמחליפו של דייוויד ג'ק. בטורניר גביע ה-FA של אותה עונה המועדון הפסיד לוולסול מהליגה השלישית הצפונית. צ'פמן כעס, ושבוע לאחר המשחק החליט להעביר לפלימות' ארגייל את טומי בלק, שביצע את העבירה שזיכתה את וולסול בפנדל בו הובקע השער השני שלה. שבוע לאחר מכן הועבר החלוץ צ'ארלי וולש לברנטפורד.
שלוש אליפויות (1934 - 1939).
צ'פמן מת כתוצאה מדלקת ריאות ב-6 בינואר 1934, זמן קצר לאחר פתיחתה של עונת 1933/1934. המועדון לא היטיב לשחק בליגה, אך כן זכה באליפות נוספת בהדרכתו של המאמן הזמני ג'ו שו; לאורך רוב העונה האלם וג'יימס היו מחוץ לסגל כתוצאה מפציעה, כך שהמועדון עבר לשיטת משחק פחות התקפית והבקיע 75 שערים באותה עונה, בהשוואה ל-118 שערים בעונה הקודמת.
ג'ורג' אליסון, שקודם לכן היה אחד מהדירקטורים של המועדון, החליף את צ'פמן בקיץ 1934 והחתים מספר שחקנים חדשים: הקיצונים-אמצעיים ג'ק קרייסטון ווילף קופינג, והחלוץ טד דרייק. בסיועם של השחקנים החדשים הצליח המועדון לזכות באליפות שלישית ברציפות, וחזר לשחק בסגנון התקפי; דרייק הבקיע 42 שערים באותה עונה והמועדון הצליח, בדומה לעונת 1930/1931, לנצח במספר משחקים בפער גדול (כולל 8 - 1 נגד ליברפול). יכולתם של שחקני ארסנל הייתה כה גבוהה עד כדי כך שבמשחק בין לאלופת העולם , שהסתיים בניצחון אנגלי בתוצאה 3 - 2 במשחק המכונה מאז הקרב על הייבורי, שבעה משחקני ההרכב הפותח של הנבחרת האנגלית היו שחקני ארסנל, שיא שטרם נשבר.
מספר הצופים במשחקי ארסנל גדל בהתמדה כתוצאה מרצף ההצלחות. אצטדיון הייבורי עוצב מחדש כאשר יציעי לייטץ' מ-1913 נהרסו, ובמקומם נבנו יציעים בסגנון אר דקו, שחלקם עדיין קיימים. החזית של יציע העמידה המזרחי היא בניין הראוי לשימור מדרגה שנייה, ושתי החזיתות שומרו כחלק מהפכתו של האצטדיון למתחם מגורים. במקביל לכך נבנו גגות מעל לטרסה הצפונית ומעל לטרסת השעון הדרומית שנקראה כך על שם השעון שהוצמד לחזיתה. במשחק נגד סנדרלנד, שנערך ב-9 במרץ 1935, צפו 73,295 אנשים, מספר שיא עבור האצטדיון.
דומיננטיות המועדון בעשור זה הסתיימה עם הזכייה בגביע ה-FA בעונת 1935/1936, לאחר ניצחון 1 - 0 נגד שפילד יונייטד. המועדון נחלש ביחס למועדוני הליגה האחרים, בעיקר כתוצאה מפרישתו של אלכס ג'יימס (וחוסר היכולת למצוא לו מחליף) ומהיעדרותם הממושכת של הרבי רוברטס וג'ו האלם בגלל פציעה. למרות זאת, הצליח המועדון לזכות באליפות חמישית בעונת 1937/1938, לאחר שעבר את וולבס בטבלה במחזור האחרון, ובכך חתם עשור מוצלח בהיסטוריה של המועדון.
מלחמת העולם השנייה (1939 - 1945).
משחקי הכדורגל המקצועי בממלכה המאוחדת הושהו זמן קצר לאחר פריצת מלחמת העולם השנייה, ועונת 1939/1940 בוטלה. אצטדיון הייבורי הוחרם על ידי ה-ARP (Air Raid Precautions - הגנה נגד פשיטות אוויריות), ומעל לטרסת השעון ריחף בלון התראה שנועד להגן מפני טיסות בגובה נמוך. היציע הצפוני ניזוק מפצצה שנחתה עליו במהלך הבליץ, וכתוצאה מכך נהרס הגג והפסולת שאוחסנה ביציע עלתה בלהבות. משחקי הבית של המועדון עברו לוויט הארט ליין - אצטדיון הבית של היריבים טוטנהאם הוטספר. המשחקים אשר נערכו בתקופת המלחמה לא נכללו בסטטיסטיקות המועדון הרשמיות; התחרויות נערכו לפי בסיס אזורי, ובמקרים מסוימים הקבוצות לא הצליחו לשחק בכל משחקי העונה; כדורגלנים רבים לא שיחקו לאורך תקופות ארוכות משום שנקראו לשרת בכוחות המזוינים הבריטיים, שם שימשו מאמנים או מדרכים. ובכל זאת שחקני ארסנל הנותרים הצליחו לזכות בגביע המלחמה הדרומי של הפוטבול ליג בעונת 1942/1943, ובאליפות הליגה הדרומית/לונדון בעונת 1939/1940, 1941/1942 ו-1942/1943.
בנובמבר 1945 משחקי הליגה עדיין היו תחת השהיה, וארסנל היה אחד מהמועדונים ששיחקו נגד דינמו מוסקבה שערכה מסע משחקים בממלכה באותה תקופה. במשחק שנערך בווייט הארט ליין ניצחה דינמו בתוצאה 4 - 3, לאחר ששחקני ארסנל הובילו בתוצאה 3 - 1 במחצית. המשחק התאפיין בכך שבשתי הקבוצות שיחקו שחקני אורח רבים שלא נמנו על הסגל הקבוע, כגון סטנלי מתיוס בארסנל ווסבולוד בוברוב בדינמו. תוצאת המשחק לא הייתה שנויה במחלוקת, אך היבטים אחרים שלו, ובהם זהות המבקיעים, שנויים במחלוקת. לפי הדיווחים האנגליים מאמן דינמו שיתף 12 שחקנים בחלק מהמשחק, וניסה לשכנע את השופט להפסיק את המשחק כששחקניו היו בפיגור; מנגד, הסובייטים האשימו את ארסנל במשחק לא הגון וטענו שג'ורג' אליסון הימר על תוצאתו, טענה שממנה חזרו מאוחר יותר. המרירות שנוצרה לאחר המשחק הייתה ההשראה לחיבור The Sporting Spirit שנכתב על ידי ג'ורג' אורוול ב-1945, ובו הוא הביע את דעתו על מושג הספורטיביות במילים "זה מלחמה פחות היריות".
השנים שלאחר המלחמה (1945 - 1966).
המלחמה גבתה את חייהם של תשעה משחקני ארסנל, יותר מכל מועדון בכיר אחר, והזמן שחלף קטע את הקריירה של שחקנים אחרים כגון באסטין ודרייק. כמו כן, המועדון היה בחובות שנותרו מתקופת בניית הייבורי ומשיקום הנזקים, ולפיכך מצבו לא היה מזהיר כאשר חודשו משחקי הכדורגל התחרותי ב-1946. המועדון הפסיד לווסטהאם יונייטד בתוצאה 1 - 6 בסיבוב השלישי של גביע ה-FA בעונת 1945/1946, ובעונה שלאחר מכן סיים במקום ה-13, שהיה המיקום הנמוך ביותר מזה 17 שנים. ג'ורג' אליסון החליט לפרוש מתפקידו בסיום אותה עונה, והוחלף על ידי עוזרו טום ויטאקר, שעבד זמן רב במועדון והיה אחד מתלמידיו של צ'פמן.
ויטאקר זכה להצלחה מיידית, והצעיד את המועדון לזכייה באליפות בעונת 1947/1948; ההגנה של ארסנל הונהגה על ידי ג'ו מרסר, והחלוצים רג' לואיס ורוני רוק הפגינו יכולת גבוהה. המועדון שהה במקום הראשון מאוקטובר עד סוף העונה, אותה סיים בפער של שבע נקודות מהמקום השני. אולם, מספר שחקני מפתח היו מבוגרים (ביניהם רוק, מרסר ולזלי קומפטון), והיה חשש שהמועדון לא יוכל להצליח גם בעתיד הרחוק. על מנת להתמודד עם בעיה זו ויטאקר החליט להביא למועדון שחקנים צעירים כגון דאג לישמן, אלכס פורבס וקליף הולטון. אף על פי שהצלחת המועדון בליגה בעונת 1949/1950 הייתה מוגבלת, הוא הצליח לזכות בגביע ה-FA בעזרת שחקניו החדשים, לאחר שגבר בגמר על ליברפול בתוצאה 2 - 0 מצמד שערים שהובקעו על ידי רג' לואיס.
המועדון כמעט וזכה בדאבל בעונת 1952/1951, כאשר בשני המשחקים האחרונים של העונה הוא הפסיד כתוצאה מסדרת פציעות, וסיים את העונה במקום השלישי אחרי מנצ'סטר יונייטד, שזכתה באליפות וניצחה את ארסנל במשחק האחרון של העונה באולד טראפורד, וטוטנהאם הוטספר. שבוע לאחר מכן נערך גמר הגביע של 1952 בין ארסנל לניוקאסל יונייטד, ומספר שחקנים שעדיין לא התאוששו מפציעתם הועלו להרכב הראשון; וולי ברנס הורד מהמגרש עם ברך מעוקמת לאחר 35 דקות, ולאחר מכן נפצעו קליף הולטון, דון רופר וריי דניאל, כך שרק שבעה משחקני ארסנל נותרו על המגרש בסיום המשחק. שחקני ניוקאסל ניצלו את יתרונם המספרי, וגברו על ארסנל בתוצאה 1 - 0 משער של ג'ורג' (חורחה) רובלדו.