Efter att Manchester United oväntat förlorat mot Everton tidigare under lördagen hade Arsenal ett läge att rycka ifrån i kampen om fjärdeplatsen och den sista Champions League-platsen.
Ett skadedrabbat Arsenal, utan Kieran Tierney och Thomas Partey, tog emot Graham Potters Brighton hemma på Emirates Stadium - men det gick långt ifrån som förväntat.
Efter 29 minuter på matchklockan tog gästerna ledningen när Enock Mwepu spelade in ett lågt inlägg från kanten mot Arsenals straffpunkt. På det inlägget dök belgaren Leandro Trossard upp och dunkade in 1-0 till Brighton.
Arsenal hade en kvittering i nät på tilläggstid i den första halvleken, men Gabriel Martinellis mål dömdes bort för offside efter lång VAR-granskning.
I stället skulle Brighton utöka och Mwepu skrev in sig i målprotokollet. Moises Caicedo fick till ett inspel från kortlinjen, vilket Mwepu mötte upp vid straffområdeslinjen och fick till ett välplacerat avslut intill den främre stolpen till 2-0 Brighton.
Arsenal fick in en 2-1-reducering genom Martin Ødegaard i den 89:e minuten, men det stannade dock där.
Brighton fick resa hem till sydkusten med tre poäng och Arsenal tappar grepp om fjärdeplatsen. Om Dejan Kulusevski och hans fjärdeplacerade Tottenham vinner mot Aston Villa senare under lördagen rycker de ifrån Arsenal i kampen om den sista Champions League-platsen.
- Det har varit en tuff vecka. Speciellt idag eftersom vi ville ha en reaktion på förlusten mot Crystal Palace. Den kom tyvärr i andra halvlek när det var försent… Vi gjorde det väldigt svårt för oss själva. Vi var slarviga och hade inga syften med våra anfall, säger Arteta till BBC Sport och fortsätter:
- Det har varit tufft denna vecka också sett till att vi förlorat några viktiga spelare… Det är många matcher kvar att spela men vi måste vara oroade över den här insatsen. Speciellt den första halvleken.
Startelvor:
Arsenal: Ramsdale - Soares, White, Gabriel, Xhaka - Lokonga, Ødegaard - Saka, Smith Rowe, Martinelli - Lacazette.
Brighton: Sanchez - Veltman, Dunk, Cucurella - Mwepu, Gross, Caicedo, Bissouma, Mac Allister - Trossard, Welbeck.