Med seieren tok andreplasserte Arsenal seg opp på 50 poeng og har ni poeng ned til City, som er nummer fire.
Liverpool topper PL-tabellen med 56 poeng og har én kamp mindre spilt.
– Det var en topp prestasjon av oss. Med fansen, atmosfæren og resultatet kan det ikke bli mye bedre, sa Ødegaard til Sky Sports etter storoppgjøret i Nord-London.
Pangåpning
Arsenal-manager Mikel Artetas kampplan utklasset Pep Guardiolas mannskap.
Hjemmelaget gikk ut i høyt press og fikk raskt uttelling da City-stopper Manuel Akanji rotet det til i bakre rekker og mistet ballen etter to minutter. Kai Havertz mottok ballen inne i 16-meteren og spilte sidelengs til Martin Ødegaard, som enkelt prikket inn 1-0-ledelse.
– Det var på tide med en scoring, og det var godt at vi ikke stoppet etter det, men bare fortsatte. Vi fikk det vi fortjente i dag. Det var deilig, sa Ødegaard, som kun står med to ligamål denne sesongen.
Tre minutter senere spilte den norske Arsenal-kapteinen videre til Gabriel Martinelli på vei inn i 16-meteren, og brasilianeren satte ballen i mål. Dommeren annullerte raskt for offside.
Arsenal skapte målsjanser gjennom sitt høye press, men scoret ingen flere mål før hvilen. Manchester City produserte lite i 1.-omgangen, men kun en strålende redning fra Arsenal-keeper David Raya stoppet Josko Gvardiols heading.
Les også: Tottenham med etterlengtet Premier League-seier borte mot Brentford
Ydmyket
Erling Braut Haaland brukte lang tid på å markere seg i oppgjøret, men var klinisk da han stanget inn utligningen ti minutter etter pause.
Rett etterpå brøt Thomas Partey en feilpasning på Manchester Citys halvdel og avanserte oppover i banen, før han skjøt via John Stones og i mål.
Fem minutter senere økte 18-åringen Myles Lewis-Skelly ledelsen og sendte et stikk til Haaland da han feiret med lotusstilling som nordmannen pleier. Backtalentet fikk egentlig rødt kort i forrige serierunde, men avgjørelsen ble omgjort i etterkant av kampen.
Havertz tegnet seg også på scoringslisten med et drøyt kvarter igjen, før Ethan Nwaneri fastsatte resultatet til 5-1 på overtid.
Arsenal møter Leicester i sin neste ligakamp, mens Manchester City får besøk av Newcastle.
Les også: Stjernestopper ut i tårer etter stygg skade da United tapte ny hjemmekamp
