Eddie Nketiah tryckte in ledningsmålet efter 20 minuter efter en rejäl tabbe från hemmalagets målvakt Alex McCarthy.

30-åringen tog emot en hemåtpassning och slog sedan bollen rakt i gapet på Nketiah som fick öppet mål.

Och oturen fortsatte för Southampton. Mittbacken Jack Stephens blev utvisad i 85:e minuten, varpå Arsenals Joseph Willock utökade till 2–0 två minuter senare.

Det var Arsenals första seger sedan i mars, då ligan avbröts på grund av pandemin.

"Gunners" övriga två matcher har slutat med förlust, 0–3 mot Manchester City – som gästar Chelsea senare under torsdagskvällen – och 1–2 mot Brighton.

Arsenal ligger nia i tabellen, sex poäng efter Manchester United på Europa League-plats.

Liverpool kan bli mästare i kväll om City inte vinner borta mot Chelsea.