Przed sezonem 2012/2013 znalazł się w kadrze pierwszego zespołu na przedsezonowy mecz towarzyski z niemieckim 1. FC Köln. W meczu wystąpił przed 24 minuty, wchodząc na boisko na początku drugiej połowy i będąc zmienionym w 69. minucie przez Marouane Chamakha. 26 września 2012 Gnabry oficjalne zadebiutował w barwach pierwszej drużyny podczas wygranego 6:1 spotkania Pucharu Ligi Angielskiej z Coventry City, gdy w 72. minucie zastąpił Aleksa Oxlade'a-Chamberlaina. 20 października rozegrał swoje pierwsze spotkanie w Premier League, podczas którego Arsenal przegrał 0:1 z Norwich City. Został tym samym trzecim najmłodszym debiutantem w ligowej historii Arsenalu, zaraz po Jacku Wilsherze i Cesku Fàbregasie. Cztery dni później zadebiutował w rozgrywkach Ligi Mistrzów UEFA podczas przegranego 0:2 meczu z niemieckim FC Schalke 04. 25 marca 2013 Gnabry zdobył zwycięską bramkę podczas wygranego 1:0 spotkania ćwierćfinałowego NextGen Series z CSKA Moskwa U-19. W półfinale tych rozgrywek podczas meczu z Chelsea U-19 zdobył wyrównującą bramkę na 3:3, ostatecznie jednak po doliczonym czasie gry Arsenal przegrał 3:4.