De Londenaren moesten de gehele tweede helft met 10 man spelen nadat Leandro Trossard een domme tweede gele kaart kreeg na het wegtrappen van de bal.
Arsenal kreeg het bijna voor elkaar om de 2-1-voorsprong vast te houden, maar bij het sluiten van de markt maakte City-verdediger John Stones de gelijkmaker.
Verdedigers Riccardo Calafiori en Gabriel hadden The Gunners in de eerste helft aan een voorsprong geholpen nadat Erling Haaland het net had gevonden voor de thuisploeg.
Arsenal zou door voor het eerst sinds 2015 te winnen in het Etihad koploper zijn geworden en een flinke tik hebben uitgedeeld in de titelrace van dit seizoen.
Arteta liet weten trots te zijn op de veerkracht die zijn ploeg toonde na de tegenslag.
Ongelooflijk
"Ze hebben bij iedere actie hun hart en ziel erin gelegd. Aan het einde werden ze gestraft, in de 99e minuut, ze balen enorm," zei de Spanjaard.
"Maar ze weten ook dat ze vandaag opnieuw een grote stap hebben gezet als team en als individuen. We stonden 56 minuten lang voor een haast onmogelijke opdracht, maar we pasten ons zo goed mogelijk aan."
"De manier waarop het team gestreden heeft is ongelooflijk."
Arteta wilde geen uitspraken doen over de tweede gele kaart van Trossard, maar zei dat hij verwacht dat 100 Premier League-wedstrijden in "10 tegen 11 of 10 tegen 10 of negen" eindigen.
Slim
De trainer aan de andere kant, Pep Guardiola, vond dat zijn spelers slim waren om geen hoge voorzetten te geven richting de grote centrale verdedigers van Arsenal.
"We waren geniaal, om het spel zo te interperteren. Uiteindelijk ging het om geduld, talent en geluk," zei Guardiola.
"(Arsenal-doelman David) Raya maakte drie of vier belangrijke reddingen en liet de bal niet los, maar bij de laatste stond John daar."
Guardiola werd ook gevraagd naar het tijdrekken van de tegenstander. "Ze hebben dat gedaan en wij moeten ermee omgaan. Ze doen dat. We moesten ermee omgaan en dat hebben we gedaan," zei hij.
"We hebben het erg goed gedaan. Zij wilden het spel stilleggen. Wij waren geduldig genoeg en uiteindelijk hebben we geluk gehad."
