I den första halvleken gav Alexis Sanchez Arsenal ledningen med 1–0, ett resultat som emellertid utjämnades av ett desperat jagande hemmalag sedan Alvaro Negredo prickat in 1–1 tidigt i den andra halvleken.
Segern betyder att Arsenal är kvar på sjätte plats, tre poäng bakom Manchester United och ytterligare fyra poäng bakom tabellfyran Manchester City, som dock har spelat en match mer.
För Middlesbrough är det desto kärvare. Måndagens förlust innebär att laget har sex poäng upp till Hull, närmsta lag ovanför nedflyttningsstrecket.