Svenske tränaren Jonas Eidevall valde att starta med Stina Blackstenius och Amanda Ilestedt i Champions League-kvalet mot Paris FC.
Matchen, som spelades i Linköping, bjöd minst sagt på stor dramatik.
Arsenal hade en mardrömsminut i den andra halvleken, då Mathilde Bourdieu gjorde två mål.
I den 60:e minuten klev Blackstenius av planen mållös och Lina Hurtig var en av spelarna som hoppade in för Arsenal.
Nyförvärvet tvåmålsskytt
Nyförvärvet Alessia Russo tände dock Londonklubbens hopp när hon satte dit 2–1-reduceringen med drygt tio minuter kvar att spela.
På stopptid byttes Ilestedt ut mot Jennifer Beattie, och inhopparen satte 2–2 i den sjätte tilläggsminuten, vilket tog matchen till förlängning.
Efter en mållös första förlängningskvart kunde Louise Fleury återigen ge Paris FC ledningen i matchen när hon sköt in 3–2 och pressen ökade på Arsenal.
Avgjordes på straffar
Med knappt fem minuter kvar att spela dunkade Russo in sitt andra i matchen och Arsenals nya stjärna tog därmed kvalmatchen till straffar.
Väl där drog Paris FC det längsta strået, efter missar från Frida Maanum och Alessia Russo.
Därmed missar Arsenal Champions Leagues gruppspel, medan Paris ska spela en sista kvalrunda. Där kan de ställas mot bland annat BK Häcken.
Förra säsongen gick Arsenal till semifinal i turneringen. Då slutade det med förlust mot tyska Wolfsburg.
Från förra CL-kvalrundan: Hurtig och Blackstenius sänkte Linköping
