Theo Walcott abrió el marcador a los 10 minutos con un sombrero al arquero Diego López; Emmanuel Adebayor aumentó a los 60 y Robin Van Persie selló el resultado de penal a los 69.
Los Gunners avanzaron con un marcador global de 4-1, luego del empate 1-1 que logró la semana pasada en el estadio El Madrigal. Arsenal será visitante en la ida de las semifinales.
Barcelona y Chelsea se medirán en la otra semifinal, la cual arrancará en el campo del equipo español.
Ambos se clasificaron el martes, el Barsa tras igualar 1-1 (5-1 en el global) con Bayern Munich y Chelsea por cuenta de un empate 4-4 (7-5 global) con Liverpool.
Las semifinales se disputarán entre el 28 de abril y 6 de mayo.