Hemmalaget radade upp chanser, främst genom Josh McEachran, Milan Lalkovic och Bobby Devyne, men bollen ville inte in.
De 5000 åskådarna på Stamford Bridge behövde dock inte vänta länge på ett Chelseamål i den andra halvleken. Efter ett par minuters spel snappade Lalkovic upp en boll mellan två avvaktande Arsenalförsvarare och kunde rulla in kvitteringen.
The Blues fortsatte att trycka på och skapade flertalet chanser, men avsluten höll inte alls samma klass som anfallen och 1-1 såg ut att stå sig halvleken ut. Precis när klockan tickade över 90 minuter klev dock matchens gigant, Milan Lalkovic, fram och satte 2-1 med en kylig avslutning från nära håll.
De regerande FA Youth Cup-mästarna är därmed vidare till den femte omgången efter att ha spelat ut Arsenal. Segersiffrorna borde visserligen ha varit betydligt större än 2-1, men The Blues kan ändå vara väldigt nöjda med kvällens insats.
De tre bästa Chelseaspelarna:
Milan Lalkovic: Skapade massvis med chanser, både till sig själv och till sina lagkamrater, och blev stor matchvinnare med sina två mål.
Josh McEachran: Styrde spelet från mittfältet och visade med sina djupledspasningar att han besitter enormt fotbollskunnande.
George Saville: Slet stenhårt på det defensiva mittfältet och stoppade otaliga Arsenalanfall.
Chelseas lag: Jamal Blackman; Ben Sampayo (Adam Nditi 58), Daniel Pappoe (c), Nathaniel Chalobah, Aziz Deen-Conteh; Billy Clifford, Josh McEachran, George Saville; Todd Kane (Anton Rodgers 73), Milan Lalkovic (Archange Nkumu, Bobby Devyne.
Chelseas lag: Jamal Blackman; Ben Sampayo (Adam Nditi 58), Daniel Pappoe (c), Nathaniel Chalobah, Aziz Deen-Conteh; Billy Clifford, Josh McEachran, George Saville; Todd Kane (Anton Rodgers 73), Milan Lalkovic (Archange Nkumu, Bobby Devyne.