I svenska Jessica Samuelssons skadefrånvaro knappade Arsenal in på serieledarna Chelsea i taballen.
Citys Nadia Nadim öppnade målskyttet i matchen redan efter elva minuter. Manchester City som inför mötet låg tre poäng bakom Chelsea i tabellen lyckades inte ta vara på chansen att haka på dem i topp och laget släppte in två mål i andra halvlek.
Arsenals Danielle van de Donk satte 1-1-målet och Beth Mead blev matchvinnare när hon satte 2-1 i den 62:a minuten.
Med två omgångar kvar av serien har både Arsenal, Manchester City och Chelsea chansen att ta hem guldet. Chelsea, som har tre svenskor med i laget, spelar match senare i dag mot Sunderland.