Det var Nicolas Pepe som såg till att Arsenal drabbades av uppförsbacke när han i 51:a minuten fick rött kort efter att ha skallat hemmalagets Ezgjan Alioski.
Trots spel med en man mindre i nästan hela andra halvlek skapade laget en del chanser, men det var ingenting mot hemmalaget Leeds som prickade målställningen tre gånger.
Inhopparen Rodrigo sköt ribban i 79:e minuten, Patrick Bamford nickade i stolpen i 87:e och Raphinha sköt i utsidan av stolpen på tilläggstid.
Arsenal har bara vunnit fyra av nio matcher och är på elfte plats, sju poäng bakom ledande Tottenham och tvåan Liverpool som båda har 20 poäng.
Everton besegrade Fulham borta med 3–2 efter en blixtstart. Det hann bara gå 40 sekunder innan Dominic Calvert-Lewin fick in bollen i mål.
Fulham kvitterade, men i den 29:e minuten gav Calvert-Lewin Everton ledningen på nytt. Kort därefter utökade Abdoulaye Doucoure till 3–1. En reducering kom via Ruben Loftus-Cheek men gästerna stod emot och matchen slutade 3–2 till Everton.
Evertons svenske landslagsmålvakt Robin Olsen fick se matchen från bänken.
Regerande mästarlaget Liverpool hemmabesegrade Leicester med 3–0 efter ett självmål från bortalagets Jonny Evans och egna nickmål från Diogo Jota och Roberto Firmino. De tre poängen tog laget upp på samma poäng, 20, som Tottenham efter nio spelade omgångar. "Spurs" leder däremot tabellen på bättre målskillnad.