El Leicester, tercer clasificado en la Premier League, fue la víctima más ilustre del día, aunque tenía un rival temible, el Chelsea, cuarto en la tabla de la liga inglesa.
El único tanto de los 'Blues' lo firmó en el minuto 67 Ross Barkley, que remató de volea un centro colgado al área por el brasileño Willian.
El Leicester ha decepcionado desde la reanudación de la Premier League tras el parón por el nuevo coronavirus, con empates ante Watford y Brighton. Esta eliminación en la Copa añade todavía más dudas.
Sin James Maddison, los hombres de Brendan Rodgers apenas inquietaron a un Chelsea en el que Frank Lampard hizo rotaciones.
El Chelsea confirma su buen momento, después de su victoria 2-1 sobre el Manchester City el jueves.
Vea aquí: La genialidad de Messi para asistir a Luis Suárez
El Arsenal se clasificó por su parte al ganar por 2-1 en campo del Sheffield United, gracias a un gol en el descuento del español Dani Ceballos.
Los Gunners están lejos de las plazas europeas a siete jornadas del final de la Premier, con su novena plaza, pero los londinenses están ahora a solo dos encuentros de la Europa League a través de FA Cup.
'Sheffield es una plaza difícil para ganar. Volvemos a Wembley (para jugar semifinales y la final). Estoy realmente feliz con la actitud y la actuación de los jugadores', dijo el entrenador español del Arsenal, Mikel Arteta.
'Es una gran oportunidad de intentar ganar un título y estar en Europa', añadió el técnico vasco.
Sin Pierre-Emerick Aubameyang, dejado en el banquillo, el marfileño Nicolas Pépé dio ventaja al Arsenal al transformar un penal concedido tras recurrir al VAR (25).
El videoarbitraje jugó además un papel importante anulando, con razón, dos goles por fuera de juego a los locales (10 y 58).
Los locales, en dificultades desde la reanudación del campeonato, habrían merecido algo más, ya que su guardameta Dean Henderson casi empata sin querer con un despeje empujado por el viento (55) y Chris Basham falló una ocasión muy clara (58), tras haber provocado el penal en el primer período.
Un enésimo error defensivo esta temporada de los Gunners pareció poner justicia cuando, tras un largo saque de banda de Sheffield United, Sead Kolasinac despejó al cuerpo de su compañero Shkodran Mustafi y el balón le apareció en bandeja a David McGoldrick, que empató (1-1, 87).
Emiliano Martínez, el suplente argentino del alemán Bernd Leno en la portería del Arsenal, salvó después a los Gunners con un buena parada, tras un remate raso de Billy Sharp.
Y fue finalmente el centrocampista cedido por el Real Madrid, Ceballos, al que la defensa de los Blades dejó libre, el que evitó 30 minutos de prolongación a su equipo al rematar desde cerca el tanto de la victoria del Arsenal (2-1, 90+1).
El andaluz se hizo dentro del área con un balón que había sacado en corto la defensa rival y anotó de disparo cruzado.
