Trots ett tidigt baklängesmål när Alexis Sanchez smekte in en frispark efter 14 minuter så ångade Southampton på och fick en straff sex minuter senare som man kvitterade på.
Strax innan pausvila så kanonsköt Nathaniel Clyne in 2-1 som David Ospina i Arsenals mål inte hann på.
Trots en snudd på belägring av Southamptons planhalva i andra lyckades inte Arsenal få in en reducering.