LÄS MER: Manchester United föll - efter stort drama
Lens inledde respektlöst och kom tidigt till en fin chans då Kevin Danso fick på en bra träff efter en hörna men bollen letade sig precis utanför Rayas stolpe.
Istället var det Arsenal som tog ledningen efter en knapp kvart då Gabriel Jesus utnyttjade slarv i Lens försvar och satte 1-0.
Lens skulle dock få sin kvittering då Adrien Thomasson curlade in en volley, otagbart, i Rayas bortre gavel efter 25 minuter.
Och en olycka kommer sällan ensam. Kort därefter tvingades Bukayo Saka, som haft skadeproblem i veckan som gått, att bryta matchen.
I andra halvlek var det Lens som tog ledningen då Wahi lämnades helt ensam i Arsenals straffområde och satte 2-1.
- Riktigt risig kommunikation mellan Gabriel och Saliba. Sådär får man inte lämna en kille som bara vräkte in mål förra säsongen, sa kommentatorn Henric Larsson i TV4.
Arsenal tryckte sedan på för en kvittering och Reiss Nelson var på tilläggstid nära att stöta in både boll och målvakt efter en tilltrasslad situation men Lens höll emot och vann med 2-1.
- Vilken fenomenalt vacker kämpaseger detta är, sa Larsson i sändningen.
Arsenals Declan Rice tyckte att hans lag förtjänade mer.
- Vi missade några stora chanser. Deras första mål är ett fint avslut men på de andra skapade vi våra egna problem, säger han till TNT Sports.
Rice fortsätter:
- Jag tycker att vi dominerade totalt men samtidigt var de ingen enkel motståndare. Vi behövde vara påkopplade och det var det sista lilla som saknades, säger Rice.
Mikel Arteta var besvinken men hyllade samtidigt Lens.
- De var ett väldigt bra lag, en exceptionell motståndare.
- Det var en stor kväll för oss. Vi fick inte det resultat vi ville men vi får lära oss av det, säger han till TNT Sports.
Laguppställningar:
Lens: Samba - Gradit, Danso, Medina - Frankowski, Mendy, Abdul Samed, Machado - Sotoca, Thomasson - Wahi.
Arsenal: Raya - Tomiyasu, Saliba, Gabriel, Zinchenko - Ödegaard, Rice, Havertz -Saka, Jesus, Trossard.