Endelig: Martinelli skaffer Arsenal længe ventet sejr over titelrivalerne City
Guardiolas mandskab overtog først kontrollen på Emirates Stadium, hvor Joško Gvardiol måtte se et forsøg blive reddet på stregen af Declan Rice, og Nathan Aké skød over, før Arsenal havde vist tegn på at komme i gang.
Selv med Gunners' ihærdighed efter at gøre en ende på en stime på 12 Premier League-nederlag i træk mod City, forblev der en nervøsitet tidligt i kampen, som blev understreget af David Raya, der var heldig at se bolden ramme sidenettet, da hans forsøg på en clearing blev blokeret af Julián Álvarez.
Efter at Eddie Nketiah havde snydt Rúben Dias og krøllet et forsøg langt over mål, holdt The Gunners uden tvivl stand i det, der var blevet en kamp, som halvlegen skred frem.
Hjemmepublikummet var stadig rasende over, at Mateo Kovačić var på banen efter tacklinger på Martin Ødegaard og Declan Rice - og fik et gult for den første af dem.
Efter at have været tættest på at score et mål i begyndelsen af halvlegen, var Gvardiol alligevel tæt på at skabe et mål mod slutningen med et indlæg, der snævert undgik Erling Haaland.
Der var ingen Bukayo Saka i Arsenal-truppen, men Martinelli vendte tilbage fra bænken i pausen og tilførte straks værterne energi, løb uden om Dias og slog et slag for at teste Ederson.
Kampen faldt hurtigt til ro igen, hvilket resulterede i, at de to managere foretog tre ændringer med syv minutters mellemrum med en vital sejr i sigte for det hold, der kunne finde et ekstra gear.
Det var Arsenal, der høstede frugterne, da Martinellis skud prellede af på Aké og snød Ederson, så bolden endte i nettet og sikrede The Gunners en stor og vigtig sejr.
Arsenals ubesejrede start på Premier League-sæsonen fortsætter således, og de har nu 20 point sammen med rivalerne fra Tottenham Hotspur i Nordlondon, selvom de er bagud på målscoren.
Manchester City har nu tabt to ligakampe i træk på udebane for første gang siden februar, da de blev slået i en ligakamp af Arsenal for første gang siden december 2015.
