Recorde as incidências do encontro
A equipa de Rosenior enfrenta agora uma tarefa complicada para garantir um lugar na final contra o Manchester City ou o Newcastle, depois de uma exibição marcada por erros no primeiro jogo em casa do novo treinador.
O Chelsea falhou na marcação ao permitir que Ben White inaugurasse o marcador de cabeça, e o guarda-redes Robert Sánchez ofereceu ao avançado Viktor Gyökeres o segundo golo do Arsenal após o intervalo.
Alejandro Garnacho ainda reduziu para o Chelsea, mas Martin Zubimendi voltou a marcar para o Arsenal, aproveitando nova desatenção defensiva dos homens de Rosenior.
O segundo golo de Garnacho deu ao Chelsea uma réstia de esperança para a segunda mão, que se vai disputar no Estádio Emirates em fevereiro.
"Fiquei desiludido por conceder um golo de canto. Também fiquei desiludido com o terceiro golo, porque estávamos de novo no jogo e, nesse momento, estávamos por cima", afirmou Rosenior.
"Desligámo-nos após uma reposição de bola de um livre central, mas não posso criticar os jogadores. Temos de garantir que cada um faz uma boa exibição e que não concedemos tantos golos".
Rosenior não pôde contar com vários jogadores importantes, incluindo Cole Palmer, Reece James e Liam Delap, devido a lesões e doença.
No seu segundo jogo desde que substituiu Enzo Maresca como treinador dos Blues, o técnico de 41 anos ficou satisfeito com a forma como o Chelsea continuou a lutar para voltar a entrar na eliminatória.
"Tivemos casos de doença no plantel, alguns jogadores lesionaram-se esta semana, mas o que o grupo mostrou foi que está disposto a correr e a lutar uns pelos outros", disse.
Rosenior, que orientou a vitória por 5-1 na 3.ª ronda da Taça de Inglaterra frente ao Charlton na sua estreia no fim de semana passado, recusou criticar Sánchez por mais uma exibição insegura.
"O Rob é um guarda-redes de grande qualidade. Fez uma defesa excecional com o resultado em 3-1, mantendo-nos na eliminatória, por isso há muita coisa a melhorar, mas gostei da atitude geral da equipa", afirmou Rosenior.
"Esperemos recuperar alguns jogadores para o jogo com o Brentford no sábado".
O Arsenal soma agora 10 jogos sem perder em todas as competições e está mais perto do primeiro troféu desde a Taça de Inglaterra de 2020. Os Gunners tinham perdido as quatro meias-finais anteriores em várias competições, incluindo a Taça da Liga no ano passado.