Arsenal overleefde een zenuwachtige nacht in het Stadium of Light, met David Raya die de penalty van Enzo Le Fee redde nadat Ezri Konsa de strafschop had weggegeven, voordat Bruno Guimaraes aan de andere kant scoorde om de kampioenen op voorsprong te zetten.
Bukayo Saka voegde een tweede toe vanaf de penaltystip in de zesde minuut van de blessuretijd om een 2-0 overwinning te bezegelen die Arsenal's perfecte start van het seizoen intact hield, hoewel het bezoek werd overschaduwd door Arteta's woede over de beslissing om Sunderland de penalty toe te kennen in de eerste plaats.
"Ik heb het 20 keer bekeken, en ik kan geen manier vinden om te begrijpen hoe we zelfs maar denken een penalty in die situatie te geven, of de manier waarop de VAR moet ingrijpen," zei Arteta.
"Ik ben verdrietig dat we in zo'n mooi spel iets op dit niveau moeten bespreken dat de ernst heeft van dat, omdat dat de loop van het seizoen verandert, en het kan je het kampioenschap kosten."
Toen hem werd gevraagd wat hem het meest boos maakte aan het voorval, wees Arteta op de aard van het contact.
"Is het een judo-roll? Je denkt niet dat het een judo-roll is en het brengt de spelers op de grond. Hoe kan dit een penalty zijn? Ik weet het niet," zei hij, bevestigend dat de scheidsrechter geen uitleg had gegeven.
Arteta reserveerde speciale lof voor Guimaraes, die de openingstreffer scoorde bij een emotionele terugkeer naar het noordoosten.
"Deze, ik heb het 20 keer bekeken. Het was een penalty 10, nu deze 20. Ongelooflijk," zei Arteta. "De persoonlijkheid die hij heeft, en wat het voor hem betekent, hoe hij het spel grijpt, de beslissingen die hij heeft genomen, en de twee acties. Het doelpunt is ongelooflijk, en de assist ook."
Regis Le Bris vond dat zijn team genoeg had gedaan om iets uit de wedstrijd te halen ondanks de gemiste penalty en de nederlaag.
"Het was een goede wedstrijd. Het is een frustrerend, wreed resultaat," zei Le Bris. "We gingen schouder aan schouder met de kampioenen. We hadden een grote kans om te scoren en daarna, een paar momenten later, grepen zij hun kans. We voelden dat de wedstrijd voor ons was. We toonden onze kwaliteit met de bal in de tweede helft. Raya was een van de beste spelers op het veld. Het was een briljante redding."
De Sunderland-baas putte moed uit de sfeer en de prestatie ondanks het resultaat.
"We waren vandaag echt dichtbij. Het was niet genoeg, maar de energie in het stadion aan het einde toonde hoeveel we gaven," zei Le Bris. "Het was een wedstrijd van echt fijne marges vanavond. We moeten nu weer doorgaan."
Sunderland richt zich nu op de Europa League, waar het woensdag AZ Alkmaar ontvangt.