I 10 minuti iniziali sono stati tutt'altro che tranquilli, con Joelinton che ha colpito sopra la traversa e Martin Dúbravka che ha soffocato il tentativo di Kai Havertz dopo che Gabriel Martinelli e William Saliba si erano visti bloccare un tiro a testa.
Le occasioni non mancano: Jurriën Timber colpisce di testa su un corner di Declan Rice e Sandro Tonali non riesce a finalizzare dopo il tiro respinto a Lewis Hall.
Il Newcastle preme senza sosta e i Gunners provano a replicare, riuscendoci poco prima della mezz'ora con Martinelli che si smarca da Sven Botman, ma il suo tiro si schianta contro il palo.
Questo momento ha dato ai padroni di casa una scintilla in più e Botman è stato presto costretto a immolarsi sulla linea del tentativo di Havertz.
Al 37° minuto, però, l'Emirates è rimasto a bocca aperta: Botman ha deviato di testa su una lunga punizione di Dúbravka e Jacob Murphy ha trovato Alexander Isak per far segnare all'attaccante svedese, autentico talismano. Per lui 50esimo gol all'89esima presenza col Newcastle.
L'Arsenal si è visto negare il pari quando Dúbravka ha respinto il tiro velenoso di Gabriel Magalhães prima dell'intervallo e lo svantaggio è aumentato dopo sei minuti dalla ripresa.
David Raya si è disteso per bloccare il tentativo di Isak, ma non ha potuto niente sulla traiettoria di Anthony Gordon, che ha toccato il pallone da distanza ravvicinata realizzando il definitivo 0-2.
Havertz sbaglia completamente il tempo del colpo di testa su un cross deviato di Leandro Trossard, Saliba colpisce di testa su un altro corner di Rice e Martinelli, con un tiro improvvisato, non centra il bersaglio.
I padroni di casa hanno continuato a esercitare una certa pressione, ma il Newcastle ha mantenuto un margine di due gol in quella che è la settima vittoria consecutiva in tutte le competizioni, rafforzando le speranze di raggiungere la seconda finale di EFL Cup in tre stagioni.
Il Newcastle ha inoltre messo fine all'imbattibilità dell'Arsenal che durava da 13 partite e ha dato ai Gunners una batosta in vista del ritorno, per raggiungere la finale di questa competizione per la prima volta dal 2018.