Los 'Gunners' no empezaron con buen pie en su visita a Fratton Park y a los dos minutos Colby Bishop aprovechó un despeje al medio de Kepa Arrizabalaga para marcar el 1-0 y animar a la afición local, que soñó con dar la campanada y cargarse al líder de la Premier League.
Pero la alegría duró poco, porque cinco minutos después, en un córner con varias carambolas, entre Christian Norgaard y Andre Dozzel, centrocampista del 'Pompey', metieron la pelota en la portería y evitaron que crecieran los nervios entre los de Mikel Arteta, que pudo respirar más tranquilo aún minutos más tarde cuando Martinelli, en otro saque de esquina, cabeceó el 1-2.
Con el partido más controlado, el Arsenal empezó a gozar de ocasiones para golear. Primero Martinelli falló de forma incomprensible un gol cantado al rematar solo sin portero en el segundo palo, pero no conectó bien el disparo y se topó con el palo, y un minuto después Noni Madueke erró un penalti que Zak Swanson había cometido sobre el propio Madueke.
Todos los ingredientes se estaban juntando para que el Arsenal se metiera en un lío, pero a la salida del túnel de vestuarios y, mientras los jugadores del Portsmouth protestaban una falta en contra, los del Arsenal sacaron rápido y Gabriel Jesús creó un centro raso que esta vez Martinelli sí empujó a la red en el segundo poste.
Para cerrar la goleada, el brasileño repitió su primer gol con un cabezazo calcado en el primer palo para convertir su primer 'hat trick' con la camiseta del Arsenal y sellar el pase de los de Arteta a la cuarta ronda de la FA Cup.