上述のとおり、亀ノ瀬トンネルは完全に崩壊・埋没し失われたものと考えられていたが、約80年の時を経た2008年（平成20年）11月、大和川河川事務所が地下水を排水するためのトンネルを設置するために山を掘削したところ、亀ノ瀬トンネルの一部がほぼ原形をとどめた状態で発見された。明治時代に建設された旧下りトンネルは約66m、大正時代に増設された旧上りトンネルは約50mが残存していることが確認されている。この箇所は地滑りブロックをわずかに外れていたことから圧壊を免れたものと考えられている。明治時代のトンネルは、内壁にイギリス積みで組まれた煉瓦が残り、上方には蒸気機関車の通過で付着した煤煙が確認されている。これらのうち、排水トンネルとの交差部から離れた旧下りトンネルの王寺方39mについて、約120年前のトンネルの貴重な遺構として保存されることとなり、地滑り対策事業の見学会に合わせて公開されている。
日本に10年留まるかヨーロッパに戻るかを選択肢として持っていたが、欧州のクラブからのオファー内容が、ヨーロッパでの実績のみを基にしたものであったことから、日本で実績を積むことに限界を感じていた。1996年10月1日、プレミアリーグの名門アーセナルFC監督に就任することが正式に発表された。なお名古屋時代の右腕ボロ・プリモラツをアーセナルでもヘッドコーチとして起用している。アーセナルがイギリス国外から監督を迎えるのはクラブ創設以来初めてのことだった。当時、イングランドではベンゲルはほとんど知られておらず、ロンドン・イブニング・スタンダード紙は、「どのアーセンだ?」(Arsène Who?) という見出しでこの無名のフランス人監督を表現した。就任1か月前、ベンゲルはクラブに19歳のパトリック・ヴィエラとベテランのレミ・ガルデを獲得するように提案した。初采配は1996年10月12日のブラックバーン・ローヴァーズFC戦で、このアウェーゲームに2-0で勝利した。初年度の1996-97シーズンを3位で終えたが、3位という成績は過去6シーズンで最高の順位だった。同勝点で2位の座をニューカッスル・ユナイテッドFCに譲り、UEFAチャンピオンズリーグ出場権は逃した。1997-98シーズン、最後の3か月に怒涛の追い上げを見せ、最大で勝点差11まで開いていたマンチェスター・ユナイテッドFCを逆転した。鍵となったのはトニー・アダムス、スティーブ・ボールド、ナイジェル・ウィンターバーン、リー・ディクソン、マーティン・キーオンらのベンゲル就任以前から所属していたDF陣であり、エマニュエル・プティ、パトリック・ヴィエラ、まだ10代であったニコラ・アネルカなど新規に獲得した選手が上手く融合して優勝を果たした。イギリス国外の監督として初のプレミアリーグ優勝だった。プレミアリーグとFAカップの2冠を達成したが、これはクラブ史上2度目の2冠獲得だった。1998-99シーズン、最終節でリーズ・ユナイテッドFCに0-1で負け、マンチェスター・ユナイテッドに勝点1差で2連覇を逃した。マンチェスター・ユナイテッドと対戦したFAカップ準決勝ではロスタイムの失点により敗退した。1999-2000シーズン、UEFAカップ決勝でガラタサライにPK戦の末に敗れた。2000-01シーズンのFAカップでは決勝でリヴァプールFCに1-2で敗れた。これらを機にベンゲルは新たに選手を獲得することを決意し、ライバルクラブのトッテナム・ホットスパーFCの前キャプテンであるソル・キャンベルを獲得して議論を醸した。そのほかにスウェーデンからフレドリック・ユングベリ、ユヴェントスで燻っていたティエリ・アンリ、前年のUEFA欧州選手権で活躍したロベール・ピレスを獲得した。これらの結果、2001-02シーズンに再び2冠を達成した。リーグ戦はアウェー無敗（ホームでは3敗）で、38戦全てで得点するという成績を残し、2位のリヴァプールに勝点8差をつけた。FAカップでは決勝でレイ・パーラーとフレドリック・ユングベリの得点によりチェルシーFCを破った。2002-03シーズンはクラブ史上初のプレミアリーグ連覇に向けて好スタートを切ったが、シーズン終盤になると調子を落とし、マンチェスター・ユナイテッドに逆転された。しかしFAカップでは6回戦で再試合の末にチェルシーを破り、決勝ではサウサンプトンFCを破って優勝した。2003-04シーズンは26勝12分0敗でシーズン無敗優勝を達成した歴史的なシーズンになった。これは1888-89シーズンにプレストン・ノースエンドFCが10勝1分0敗で無敗優勝を達成して以来のことで、欧州のトップリーグではACミランとアヤックス・アムステルダムしか（当時としては）成し遂げていない偉業である。しかし、2004年初めに「シーズン無敗優勝は可能だ」という意見が出た時にベンゲルはこの意見を嘲笑っており、達成できるとは思っていなかったようである。2004年のアーセナルとの契約更新で、年俸は320万ユーロ（約4億2500万円）から約400万ユーロ（約5億3000万円）に上がった。2004年10月、マンチェスター・ユナイテッドに敗れるまでリーグ戦49試合を負けなしで走り続けた。2004-05シーズンはチェルシーに優勝をさらわれたが、同シーズンのFAカップ決勝ではPK戦の末にマンチェスター・ユナイテッドを破った。2005-06シーズンはリーグ戦こそ4位だったが、UEFAチャンピオンズリーグではレアル・マドリードやユヴェントス、ビジャレアルCFを倒して決勝に進出した。クラブ史上初の決勝はFCバルセロナに1-2で敗れたが、大きな称賛を得た。2006-07シーズンは2シーズン続けての4位と苦難のシーズンになったが、2007-08シーズンは息を吹き返し、シーズンの大半を首位で過ごした。しかし、2008年2月にエドゥアルド・ダ・シルヴァが相手DFからタックルを受けて全治10ヶ月ほどの重傷を負うと、チーム全体に積極性が見られなくなって成績を落とし、マンチェスター・ユナイテッドとチェルシーに次ぐ3位でシーズンを終えた。2009年10月、1934年から1947年まで指揮を執ったジョージ・アリソン監督の在職期間4748日を抜き、アーセナルで最も長く監督の座にあった指揮官となった。2014年3月22日、チェルシーとのリーグ戦で、アーセナル在任通算1000試合を達成した。2013-14シーズン、FAカップ決勝でハル・シティFCを下し、9シーズンぶりのタイトルを獲得した。2017年5月28日、チェルシーとの決勝戦を制し、アーセナルにとって13回目のFAカップ優勝を達成した。この優勝により、ベンゲル個人のFAカップ優勝は7回となり、ジョージ・ラムジーの6回を抜いてFAカップの最多優勝監督となった。なお、7度全てアーセナルでの戴冠である。2018年4月20日、2017-18シーズン限りでアーセナルの監督を辞することをクラブ公式HPにて発表した。