El equipo de Arteta estuvo muy por debajo de su mejor nivel en el City Ground y no registró ningún disparo entre los tres palos hasta que Madueke anotó el gol de la victoria a 10 minutos del final.
Aunque el Arsenal no brilló en East Midlands, no estará demasiado preocupado después de situarse a tres puntos del líder, Manchester City.
Arteta puede recurrir a uno de los banquillos más profundos de la máxima categoría. En la ribera del río Trent, aprovechó al máximo los recursos a su disposición para cambiar la dinámica del encuentro.
Fue crucial que diera entrada a Madueke por el decepcionante Eberechi Eze al descanso.
También introdujo a Mikel Merino, Viktor Gyokeres y Jurrien Timber a medida que avanzaba la segunda mitad.
Madueke fue quien marcó la diferencia. Se internó desde la banda izquierda y soltó un potente disparo que se desvió y superó al guardameta del Forest, Matz Sels, en el minuto 80.
"Tuvimos que ganárnoslo hasta el último segundo. Es un equipo bien trabajado y difícil de desarmar. Tuvimos que asumir riesgos; es un equipo peligroso", ha declarado Arteta.
"Tuvimos que gestionar muy bien la parte emocional. Mantuvimos la concentración y los jugadores que salieron desde el banquillo tuvieron un impacto enorme".
Arsenal afronta un calendario frenético que ha incluido una victoria en la Champions League ante Lille a mitad de semana y un complicado desplazamiento europeo a Bayern de Múnich el miércoles.
La capacidad de Arteta para dar descanso a jugadores clave sin debilitar significativamente a su equipo podría ser un factor decisivo en la lucha por el título.
"Algunos jugaron hace tres días y algunos serán titulares en el próximo partido. Saben que todos tienen que estar preparados", ha dicho.
"Si se necesita tu participación después de 60 minutos, 45 minutos o, a veces, dos minutos, ahora tenemos una plantilla capaz de marcar la diferencia en momentos puntuales y tenemos que aprovecharla".
"Noni, Jurrien y Mikel estuvieron brillantes al salir. Viktor cambió realmente el partido; todos ellos lo hicieron, y eso es lo que necesitamos".
"Noni fue obviamente el protagonista porque marcó el gol, y esa es la diferencia".
Después de la sorprendente derrota por 3-0 ante el Brighton el 19 de septiembre, el Arsenal, segundo clasificado, ha reaccionado con tres victorias consecutivas.
El conjunto del norte de Londres no ha sido capaz de recuperar la regularidad implacable que le permitió conquistar su primer título en 22 años la temporada pasada.
Pero conserva la valiosa capacidad de sacar adelante los partidos, y esta ha sido su sexta victoria en siete encuentros de liga.
"A veces puedes frustrarte con los equipos que son difíciles de desarmar. En la primera mitad no tuvimos ningún disparo entre los tres palos, y eso es algo que comentamos", ha explicado Arteta.
"Tuvimos otras dos ocasiones claras en la segunda mitad, pero el único disparo entre los tres palos fue uno que sufrió un pequeño desvío y acabó dentro".