2003-2004賽季范佩西已經和范馬爾維克徹底決裂，在大多數比賽中只能坐在板凳上，范佩西在這個賽季各項比賽中出場了三十三場僅打進六球，這時的范佩西拒絕和費耶諾德續約，雙方關系已經徹底決裂於是費耶諾德開始主動兜售范佩西，但很多豪門忌諱於他的前科而非常謹慎，而當時正致力於尋找博格坎普的接班人的阿森納看中了范佩西。

　2004年5月14日范佩西正式簽約阿森納，轉會費僅有二百七十五萬英鎊，而在他加盟之時阿森納隊主教練溫格表示，范佩西在阿森納隊內的位置將從他過去習慣的左邊鋒改到中路，他會成為博格坎普的接班人，在亨利的身後擔任影鋒。

　2004-2005賽季中范佩西在阿森納對陣曼聯的社區盾杯決賽中首次代表阿森納出場，而阿森納最終三比一擊敗了曼聯，范佩西收獲了他來到英格蘭以後的第一個冠軍。賽季初期范佩西難以和何塞·安東尼奧·雷耶斯、丹尼斯·博格坎普和弗雷德裡克·永貝裡等人競爭，因此他的大部分時間是替補。10月阿森納對陣曼城的比賽中首次首發出場，並且打進了他在阿森納的第一個進球。

　2004年底到2005年1月在博格坎普和雷耶斯傷停的時侯，范佩西的機會終於來了，在足總杯半決賽對陣布萊克本隊的比賽，范佩西中表現神勇，替補出場打進了兩個進球。而在最後的足總杯決賽中，范佩西也在點球大戰中冷靜的罰入點球，收獲了足總杯冠軍，范佩西在阿森納的處子賽季雖然傳出了一些不和諧的聲音，但是表現無可置疑，各項比賽出場四十一次打進十球。

　2005-2006賽季，因為何塞·安東尼奧·雷耶斯的低迷和丹尼斯·博格坎普即將退役，范佩西獲得的機會更多了。他的表現也有明顯提升，2005年11月范佩西在八場各項比賽中打進了八個進球，獲得了11月英超最佳球員的榮譽，這是他第一次獲此殊榮。2006年1月范佩西在阿森納對陣卡迪夫城的足總杯比賽中腳趾受傷，被迫休整數周，在復出以後僅兩場比賽後，2月2日范佩西對陣西漢姆聯的比賽中傷勢複發，這次他又不得不養傷一個多月，這個賽季裡范佩西受傷病影響出場次數減少了，但是表現卻有提升，出場三十八次打進了十一球。

　2006-2007賽季范佩西成為了阿森納的主力。范佩西在這個賽季前半段出勤率一直很高，他在阿森納擊敗查爾頓的比賽中打進了一粒驚世駭俗的抽射。當時范佩西在禁區外接到了埃布埃的一個落點並不好的傳中，快速調整了步伐，以一個非常規的起腳動作、左腳抽出了一個精彩的落葉球，直掛查爾頓隊球門死角，這個進球在英超聯賽的十幾年歷史裡都可以稱得上是經典。在2005年底到2006年初這段時間裡范佩西狀態極佳，在七場比賽裡打進了六個球，這其中就包括阿森納對陣曼聯的重要比賽中，范佩西替補出場打進了扳平比賽的一球，幫助阿森納在最後時刻逆轉擊敗了曼聯，然而也正是在這時，范佩西竟然在慶祝進球時蹠骨骨折，被迫提前結束這個賽季。

　2007年夏天阿森納傳奇球星亨利轉投巴塞羅那，范佩西成為了阿森納的核心射手。但就是這支年輕的阿森納，卻在范佩西和法布雷加斯等人的帶領下在聯賽中一路高歌猛進，范佩西在賽季開局的十三場比賽中打進了七球，並且有相當數量的助攻。2007年10月范佩西在參加荷蘭國家隊的比賽中膝蓋受傷，被迫休息兩個月。

　2007年12月中旬范佩西復出，但之後傷病不斷反覆，從2007年底一直到2008年3月間，范佩西只打了兩場比賽，阿森納在這段時間也一路跌到了聯賽第三位。嚴重的是范佩西不斷地傷病甚至已經給他產生了心理陰影，2008年4月29日范佩西在對陣德比郡的比賽中打進一球後，在中場休息時被換下，當時人們都擔心范佩西會因傷錯過歐洲杯，但隨後溫格澄清是保險起見，不想讓范佩西冒險錯過歐洲杯。

　2008-2009賽季范佩西傷病較少的一個賽季，10月29日阿森納對陣熱刺的北倫敦德比中， 范佩西打進了他在阿森納的第五十個進球。2008年11月8日阿森納一比二負於斯托克城的比賽裡，急躁的范佩西在球隊落後的時候惡意肘擊對方門將索倫森，被直接紅牌罰下。賽後索倫森承認當時他是在故意引誘挑釁范佩西的，范佩西為不冷靜付出代價。不過在停賽復出後，范佩西在對陣切爾西和利物浦的比賽中表現出色，包辦了本隊的三個進球。

　他在阿森納客場挑戰切爾西的比賽裡獨中兩元，使得當時處在困境中的阿森納在客場二比一逆轉擊敗了切爾西;而在阿森納主場對利物浦的比賽裡，范佩西接到納斯裡的後場長傳後，在難度極大的情況下依然能卸下球、左腳控球帶過了卡拉格和阿格、而後右腳大力射門得分，范佩西這一套動作一氣呵成僅用了四秒鍾時間，而這個精彩的范佩西式的進球後來被BBC評為當月英超最佳進球。除此之外范佩西在歐冠中也表現優異，在歐冠淘汰賽對陣羅馬和比利亞雷爾的比賽中，范佩西也都有進球。在這個賽季裡范佩西展現出極其全能的素質，四十四次出場是他加盟阿森納以來出場最多的一個賽季，他不但在各項比賽裡打進了二十球，此外還有十五次助攻。

　2009年夏天范佩西和阿森納續約到了2013年，續約之後范佩西表示自己絕對忠於阿森納，不願像阿德巴約等人那樣另謀高就。