Lượt đi mùa giải 2019–20, dù được tăng cường lực lượng với các bản hợp đồng như Kieran Tierney, Nicolas Pépe, nhưng sau hai vòng đầu toàn thắng, Arsenal dần sa sút. Sau trận thắng Vitória 3–2 ở Europa League, đội bóng trải qua chuỗi bảy trận không thắng liên tiếp trên mọi đấu trường, cách vị trí thứ tư tới tám điểm trong khi Ngoại hạng Anh mới trải qua 13 vòng đấu. Ngày 29 tháng 11 năm 2019, Emery bị sa thải sau khi Arsenal thất thủ 1–2 ngay trên sân nhà trước Frankfurt trong lượt trận cuối vòng bảng Europa League. Cựu cầu thủ, đồng thời là trợ lý huấn luyện viên trưởng Freddie Ljungberg được chỉ định làm huấn luyện viên tạm quyền. Ngày 20 tháng 12 năm 2019, Arsenal bổ nhiệm cựu tiền vệ đội trưởng Mikel Arteta (khi đó giữ vai trò trợ lý cho Pep Guardiola ở Manchester City) làm huấn luyện viên trưởng bằng bản hợp đồng có thời hạn hơn ba năm. Arteta đưa Arsenal kết thúc ở vị trí thứ tám tại Ngoại hạng Anh và giành được chức vô địch cúp FA lần thứ 14 nhờ chiến thắng 2–1 trước Chelsea tại Wembley.