Martinelli menyarangkan dua dari empat gol kemenangan Arsenal di laga kali ini, membuatnya membukukan tiga gol dalam dua pertandingan terakhir.
Talenta Brazil berusia 20 tahun itu membuka keunggulan Arsenal pada menit ke-16 dengan kesigapannya memanfaatkan bola liar setelah Leeds gagal mematahkan serangan tamunya secara sempurna.
Martinelli lantas mencetak gol keduanya untuk menggandakan keunggulan tim tamu pada menit ke-28 setelah sukses mengejar umpan terobosan Granit Xhaka, melepaskan diri dari kawalan Cody Drameh dan mengakhirinya dengan sepakan keras untuk menaklukkan kiper Illan Meslier.
Arsenal menutup babak pertama dengan keunggulan nyaman 3-0 setelah Bukayo Saka menyajikan aksi tusukan menawan dari sisi sayap kiri sebelum menjebol gawang Leeds hanya tiga menit jelang turun minum.
Tuan rumah berusaha keras untuk bangkit di babak kedua, tetapi mereka cukup kesulitan menembus barisan pertahanan Arsenal hingga akhirnya memperoleh hadiah tendangan penalti setelah Joe Gerhaldt dijatuhkan Ben White di dalam kotak terlarang.
Raphinha yang menghadapi bola di titik putih sukses menjalankan tugasnya sebagai algojo untuk memperkecil ketertinggalan Leeds 1-3 pada menit ke-75.
Sayangnya tak ada momentum kebangkitan bagi Leeds sebab Emile Smith-Rowe mencetak gol keempat Arsenal pada menit ke-84 memanfaatkan umpan terobosan Martin Odegaard demi melengkapi kemenangan 4-1 bagi tim tamu.
Kemenangan ini juga menandai kali pertama Arsenal mendapatkan pasokan gol dari pemain-pemain berusia 21 tahun atau lebih muda dalam sebuah laga Liga Premier. Martinelli dan Saka masih berusia 20 tahun, sedangkan Smith-Rowe menginjak usia 21 tahun.
Catatan tiga kemenangan beruntun membuat Arsenal memantapkan posisi mereka di peringkat keempat klasemen dengan raihan 32 poin.
Sedangkan Leeds yang menelan kekalahan ketiga dalam rentetan empat laga nirmenang tak beranjak dari urutan ke-16 dengan 16 poin, demikian catatan laman resmi Liga Inggris.
Kedua tim selanjutnya dijadwalkan tampil dalam rangkaian laga Boxing Day pada Minggu (26/12) pekan depan, saat Arsenal bertandang ke Carrow Road menghadapi Norwich City dan Leeds menyambangi Anfield bertemu Liverpool.