Mittbacken Eric García hade fokus på bollen när målvakten Ederson gick ut för att få undan den, de två kolliderade och García blev i flera minuter liggandes orörlig på planen medan han fick vård.
Han fördes sedan ut på bår med fixerad nacke och syrgas.
Tränaren Pep Guardiola sade en timme efter matchen till pressen att García var vid medvetande.
– Men han ska gå igenom några tester till.
Luiz såg rött
Efter Garcías olycka tvingades City liksom Arsenal spela med nio utespelare, då Guardiola redan utnyttjat de fem bytena som är tillåtna efter coronauppehållet. Det spelade mindre roll för utgången av kampen, som hemmalaget då redan ledde med 2–0 och på övertid kunde Phil Foden dessutom fastställa slutresultatet 3–0.
Arsenal hade bara minuter efter halvtidsvilan blivit decimerat då inbytte David Luiz fick rött kort efter att ha dragit omkull Riyad Mahrez i straffområdet. Regelbrottet gav även City en straff, som spelfördelaren Kevin De Bruyne säkert placerade i mål för 2–0.
– Det var inte lagets fel, det var mitt fel. Tränaren (Mikel Arteta) är fantastisk, alla spelarna var fantastiska, det här var helt enkelt mitt fel, säger Luiz, som kan ha spelat sin sista match för Londonklubben. Hans kontrakt går ut den 30 juni och framtiden är inte spikad.
– Jag borde ha tagit ett beslut under de här två månaderna för att bestämma min framtid så fort som möjligt, men det har jag inte gjort, säger han.
Matchens första mål gjordes av Raheem Sterling i slutet av första halvlek, han första ligamål under hela 2020.
Hyllade BLM
Även Arsenal drabbades av skador. Granit Xhaka hann bara spela sju minuter innan han trampade rejält snett och fick lämna planen på bår. I den 24:e minuten tvingades laget till ännu ett byte efter att Pablo Mari skadats och David Luiz byttes in.
– Allt gick fel från de första minuterna, säger tränare Arteta.
Precis som i onsdagens tidigare match mellan Aston Villa och Sheffield United gick spelare och domare ner på ett knä för att under en tyst minut visa sitt stöd för Black lives matter-protesterna.
Alla Premier League-spelare kommer dessutom att spela i tröjor där deras namn på ryggen under den första, utvidgade, spelomgången bytts ut till texten "Black lives matter". De har även alla under resten av säsongen symbolen för det brittiska sjukvårdssystemet NHS på sina tröjor.
– Jag skäms för allt det som vita har gjort mot svarta. Det återstår mycket för oss att göra för dem, som vi ännu inte gjort, säger Guardiola.
Manchester Citys seger gör att serietvåan nu ligger 22 poäng bakom Liverpool, men också att Liverpool inte kan säkra sin första ligatitel på 30 år redan i derbyt mot Everton på söndag. För Arsenal innebär förlusten att en hägrande Europaplats i höst känns än mer avlägsen. Med nio omgångar kvar att spela ligger Arsenal på nionde plats, fem poäng från Europa League-platsen.