Managern Mikel Arteta ställde en så gott som helt ny startelva på benen jämfört med mötet mot Liverpool i ligan i torsdags.
Enbart mittbacken Gabriel var kvar i laget.
Klicka här för att följa oss på GoogleSäkert en förklaring till det virriga försvarsspel som utnyttjades omedelbart av Portsmouth. Colby Bishop stötte in 1–0 redan i tredje minuten.
Men att släppa till hörnor mot Arsenal brukar vara kostsamt.
Arsenal hade två de första 25 minuterna – och båda gav utdelning. Först genom ett självmål och sedan via en en nick av Gabriel Martinelli.
Statistiken vid fasta situationer kunde ha förbättrats men Noni Madueke brände en straff.
I andra halvlek gjorde Kai Havertz comeback. Matchen var tyskens första i Arsenal sedan han skadade sig i augusti. Då ledde Arsenal med 3–1 efter ett spelmål av Martinelli. Brasilianaren fullbordade sitt hattrick när han nickade in 4–1.
I Arsenal fick 16-årige försvararen Marli Salmon debutera med ett inhopp. Svenske landslagsanfallaren Viktor Gyökeres satt på bänken hela matchen.
Blågule kollegan Yasin Ayari stod utanför Brightons startelva borta mot Manchester United. Det gick bra ändå för laget, seger med 2–1.
Brajan Grudas ledningsmål följdes upp av ett praktfullt mål av veteranen Danny Welbeck, en gång i United. Ayari spelade den sista kvarten.
United har ännu inte annonserat vem som permanent tar över jobbet som manager efter sparkade Ruben Amorim.
Den fjärde omgången av FA-cupen lottas kort innan måndagskvällens möte mellan Liverpool och Barnsley.
