Robert Pires ga London-klubben ledelsen etter 56 minutters spill med en scoring fra kloss hold, men tyskerne slo tilbake i siste liten.
Arsenal hadde føringen i kampen helt til Ray Parlour ødela etter 68 minutters spill.
Parlour, som er blitt utvist to ganger tidligere inneværende sesong, felte Yildiray Basturk og pådro seg sitt andre gule kort i kampen.
Dermed bar det rett i dusjen. Det åpnet døren for Leverkusens mannskap.
Ray Parlour ble utvist etter 68 minutter.
I Arsenals mål gjorde David Seaman comeback etter nesten fem måneder på sidelinjen med en skulderskade, uten at det hjalp laget til full pott tirsdag.
Straffemiss
Juventus greide bare 0-0 mot spanske Deportivo La Coruna tirsdag kveld.
Alessandro Del Piero misset et straffespark etter 73 minutters spill.
Italieneren ble selv felt innenfor spaniernes straffeområde, men forsøket fra 11-meteren ble mesterlig reddet av keeper Francisco Molina.
Dermed har alle fire lag i gruppe D fire poeng etter tre spilte kamper. Juventus topper tabellen med best målforskjell.
Kampfakta
Gruppe C
Real Madrid (Spania)- Porto (Portugal) 1-0 (0-0).
R: Solari (83).
T: 70.000.
Sparta Praha (Tsjekkia)- Panathinaikos (Hellas) 0-2 (0-1). P: Karagounis (39), Konstantinou (71).
T: 15.557.
Rødt kort: Hubschmann (87), Sparta.
Gruppe D
Leverkusen (Tyskland)- Arsenal (England) 1-1 (0-0).
L: Kirsten (90). A: Pires (56).
T: 22.500.
Rødt kort: Parlour (68), Arsenal.
Juventus (Italia) - Deportivo La Coruna (Spania) 0-0.
T: 17.000.