Etter at det sto 1-1 etter full tid, måtte kampen avgjøres med straffesparkkonkurranse.
Der var Arsenal best og kunne juble for titteltriumf. Ødegaard var den første til å score og kunne til slutt løfte sitt første trofé som Arsenal-spiller og -kaptein.
– Jeg tror dette betyr mye psykologisk inn mot Premier League-sesongen, sa Viaplay-ekspert Nils Johan Semb.
Etter en lang stillingskrig sendte Cole Palmer City i ledelsen etter 77 minutter. Han fikk ballen på kanten av 16-meteren og bøyde ballen rundt Arsenal-keeper Aaron Ramsdale og i hjørnet.
Det så ut til å holde, men hele elleve minutter på overtid utlignet Leandro Trossard da belgierens skudd gikk via Manuel Akanji og i mål.
Med resultatet endte Arsenal sin marerittrekke mot City. London-klubben hadde vunnet bare én av de siste 16 kampene mot City, og de hadde tapt åtte strake før søndagens møte på Wembley.
Ingen City-revansj
Med tapte i søndagens kamp, har City tapt tre strake Community Shield-kamper. City tapte i fjor 1-3 for Liverpool.
Erling Braut Haaland startet for City, men ble tatt av banen etter vel en times spill. Arsenal-kaptein Martin Ødegaard spilte hele kampen.
Vanligvis spilles Community Shield-kampen mellom vinnerne av Premier League og FA-cupen. I og med at City løftet begge trofeene i fjor, fikk Arsenal plass i supercupkampen etter å ha blitt nummer to i serien.
Arsenal spilte søndag sin første Community Shield-kamp siden 2020, da de slo Liverpool etter straffesparkkonkurranse.
[ Brutalt Leeds-gjensyn med Championship – reddet uavgjort dypt på overtid ]
Nye fjes
Mikel Arteta startet med alle sine tre sommersigneringer i kampen. Rekordkjøpet Declan Rice kom inn på midtbanen, mens Kai Havertz og Jurriën Timber også fikk tillit.
I City-laget fikk Mateo Kovacic sin første tellende kamp for de lyseblå siden overgangen fra Chelsea i sommer.
Premier League-sesongen starter kommende uke. City spiller åpningskampen mot Burnley fredag kveld, mens Arsenal møter Nottingham Forest lørdag.
[ Kane tildelt kapteinsbindet etter Bayern-kobling – scoret fire mål ]
Overtidsjubel
City åpnet kampen best og skapte sjanser, men ingen satte Arsenal-keeper Aaron Ramsdale på store prøver. Etter hvert kom Arsenal mer med i kampen og City-keeper Stefan Ortega måtte redde et godt forsøk fra Havertz.
Annen omgang ble den lang stillingskrig der begge lag holdt hverandre i sjakk. City hadde mye ball, men slet mot et kompakt Arsenal-forsvar.
Etter Palmers ledermål presset Arsenal på for utligning, og hele elleve minutter på overtid lyktes de.