Санчес вернулся с Кубка Конфедераций 2017 года травмированным, поэтому ему пришлось пропустить победный для канониров матч за Суперкубок Англии против «Челси», а также первый тур АПЛ против «Лестера», закончившийся 4:3 в пользу «Арсенала». Первый матч для Санчеса в сезоне пришелся на гостевое поражение от «Ливерпуля» со счетом 4:0. На протяжении всего трансферного окна было очень много разговоров о его будущем, в большинстве которых говорилось о желании уйти из клуба, чтобы играть в Лиге чемпионов. В итоге переход в «Манчестер Сити» не состоялся, поскольку сделка «Арсенала» по замене Санчеса Томасом Лемаром была отклонена. 14 сентября Алексис забил свой первый гол в текущем розыгрыше Лиги Европы в победном матче против «Кёльна» со счетом 3:1. Санчес забил свой первый гол в текущем сезоне Премьер лиги в победном для канониров матче над «Эвертоном», а также отдал голевую передачу на Озила. 18 ноября Санчес забил второй гол «Арсенала» в матче против «Тоттенхэма», закончившемся победой канониров 2:0, а через неделю забил решающий гол в ворота «Бернли». Свои последние два гола за «Арсенал» Алексис забил в гостевом матче против «Кристал Пэлас» 28 декабря, которые помогли одержать победу канонирам со счетом 3:2.