Sezon 2006/2007 był pouczającym doświadczeniem dla młodej drużyny Arsenalu i Fàbregasa. Klub ponownie nie zdobył żadnego ważnego trofeum, ponadto przegrał z Chelsea F.C. w finale Pucharu Ligi Angielskiej. Fàbregas był niezastąpionym członkiem ekipy, rozegrał wszystkie mecze ligowe w sezonie. Dzięki niemu Arsenal udanie rozpoczął rozgrywki Ligi Mistrzów, zwyciężając 3:0 w meczu kwalifikacyjnym z Dinamo Zagrzeb, w którym Hiszpan zdobył pierwszego gola. W Premier League zanotował 13 asyst, co było drugim najlepszym wynikiem w lidze. Sezon zakończył jako laureat wielu indywidualnych nagród. Włoski dziennik „TuttoSport” ogłosił go najlepszym piłkarzem Europy do lat 21. Znalazł się także w Drużynie Roku w Europie oraz został wybrany w lidze Graczem Miesiąca za styczeń 2007. Dodatkowo otrzymał nominację do nagród Piłkarza i Młodego Piłkarza Roku w Anglii, jednak obydwa trofea trafiły do Cristiano Ronaldo. W czerwcu 2007 roku został ogłoszony przez kibiców Graczem Sezonu w klubie, zdobywając 60% wszystkich głosów. thumb|left|Hiszpan z opaską kapitańską. Sezon 2007/2008 rozpoczął się dla Arsenalu niepewnie. Rezygnacja wiceprezesa klubu Davida Deina spowodowała, że z zespołu postanowił odejść najlepszy strzelec Thierry Henry, który podpisał kontrakt z Barceloną. Pojawiły się również spekulacje dotyczące przyszłości trenera Wengera.