Sau khi tập luyện tại Arsenal trong kỳ nghỉ của MLS, Henry ký một bản hợp đồng cho mượn trong hai tháng từ ngày 6 tháng 1 năm 2012 như một phương án thay thế cho Gervinho và Marouane Chamakh, những cầu thủ không thể thi đấu vì phải dự CAN 2012. Henry ra mắt lần thứ hai tại Arsenal từ băng ghế dự bị trước Leeds United tại vòng ba cúp FA và ghi bàn duy nhất của trận đấu. Trong trận đấu cuối cùng tại Premier League, anh ghi bàn quyết định trong thời gian bù giờ trong chiến thắng 2-1 trước Sunderland.