Tabelltreer Arsenal står nå med 68 poeng, mens City på fjerdeplass har 65. Begge har en kamp igjen av Premier League-sesongen.
Tabellfemmer United har 63 poeng, men har en kamp til gode på de to førstnevnte. United gjester West Ham i midtuken, og Louis van Gaals mannskap kan ta seg forbi City med seier på Upton Park.
Den viktige fjerdeplassen i serien gir mesterligakvalifisering neste sesong.
Den kunne Manchester City ha sikret med seier over Arsenal, men de lyseblå snublet da det gjaldt som mest.
Sergio Aguero og Kevin De Bruyne scoret målene for City, mens Olivier Giroud og Alexis Sanchez sto for Arsenals mål, i det som var Manuel Pellegrinis siste hjemmekamp som City-manager.
Pep Guardiola erstatter chileneren etter sesongslutt og risikerer nå å stå uten mesterligaplass i sin første sesong i England.
City tok ledelsen
City har igjen Swansea borte, mens Arsenals siste kamp er hjemme mot tabelljumbo Aston Villa. United har igjen Bournemouth på Old Trafford etter tirsdagens kamp på Upton Park.
– Dette er vondt for City. United vil elske det hvis de klarer å ta seg forbi rivalen, sa TV 2-kommentator Øyvind Alsaker etter kampslutt.
Sjekk tabellen! Artikkelen fortsetter...
Hjemmelaget presset Arsenal bakover i starten av søndagens oppgjør, og City-fansen kunne juble etter bare åtte minutters spill.
Et innlegg fra høyrekanten ble headet ned til Sergio Aguero, og superspissen banket inn 1-0 med venstrefoten.
Gleden skulle imidlertid bli kortvarig for Pellegrinis mannskap. Minuttet etter Aguero-scoringen holdt Gal Clichy på å gjøre selvmål etter et Arsenal-innlegg, men City-backens heading gikk så vidt utenfor.
Den påfølgende Arsenal-corneren stanget Olivier Giroud kontant i mål, til vertenes store fortvilelse. Det var franskmannens første scoring på 15 kamper.
De Bruyne-scoring
Utligning til tross, City fortsatte å presse gjestene bakover. I det 16. minutt fikk målscorer Aguero en kjempemulighet inne i boksen, men argentinerens harde avslutning gikk via et Arsenal-bein og føk over mål.
Vertene fortsatte å trykke på. I det 27. minutt havnet Arsenal-keeper Petr Cech på bærtur utenfor feltet, men verken Aguero eller Jesus Navas maktet å utnytte forvirringen.
De Bruyne var mannen som skulle sende City i ledelsen igjen etter hvilen. Belgieren vartet opp med en flott soloprestasjon og et flott skudd i hjørnet i det 52. minutt, men Arsenal ga ikke opp.
Etter 68 minutter utlignet Sanchez etter flott kombinasjonsspill av Arsenal. City trykket Arsenal bakover på banen i sluttfasen, men fikk ikke uttelling. Wilfried Bony fikk en kjempesjanse etter 88 minutter. Innbytteren banket ballen i tverrliggeren på volley etter et innlegg fra høyre.
Flere store sjanser ble det ikke, og dermed endte oppgjøret med poengdeling.
Welbeck-skade
Arsenal fikk Danny Welbeck skadd bare 21 minutter ut i oppgjøret.
Engelskmannen så ut til å pådra seg en skade i høyre kne etter en duell med Mangala, og han maktet ikke å fortsette. Arsenal-manager Arsene Wenger erstattet Welbeck med midtbanemannen Jack Wilshere.