Det var Chelseas annen hjemmeseier på de siste åtte forsøkene i den engelske toppserien, og triumfen var etterlengtet for hjemmefansen.
Juan Mata scoret 1-0 målet etter seks minutters spill, før Frank Lampard satte inn 2-0 fra straffemerket ti minutter senere da Ramires ble felt av Arsenal-keeper Wojciech Szczesny.
- Les også: Alt om Premier League her
Walcott skapte spenning
Arsenal slo tilbake med fin avslutning av Theo Walcott, som forlenget kontrakten med London-klubben i forrige uke. I det 58. minutt løp han fra Branislav Ivanovic og skjøt knallhardt forbi Chelsea-keeper Petr Cech.
Arsenal presset på for utligning, men måtte se naborivalen ta alle tre poengene. Rafael Bentez og Chelsea fikk en oppreisning etter at de for bare en uke siden ble pepet av banen etter et skuffende 2-2-resultat hjemme mot Southampton.