比利时队长孔帕尼及时复出，进入首发阵容，锋线依旧由卢卡库领衔，阿扎尔、德布劳内等球星悉数在列。日本队则是本届16强中唯一一支来自非欧洲和美洲的球队，他们派出与次轮战平塞内加尔相同的首发阵容。这两支球队的胜者将与之前获胜的巴西队争夺一个四强名额。
开场仅55秒，香川真司禁区外的劲射偏出右侧立柱。15分钟后，比赛渐渐进入了比利时队的节奏。比利时队开出角球，孔帕尼在球门后点头球攻门偏出。随后默尔滕斯传球，卢卡库在禁区边的转身抽射也被长友佑都挡出。
比利时队持续发起攻势，第26分钟，德布劳内大禁区外射门，皮球偏出立柱。1分钟后，阿扎尔大禁区外再次射门，日本门将奋力将球扑出。
第40分钟，处于被动中的日本队险些取得进球，长友佑都反击中左路低传，大迫勇也近距离背对球门抬脚攻门，库尔图瓦让皮球从自己裆下漏过，好在他反应迅速，在球门线前将球保住。半场战罢，两队互交白卷。
下半场开始仅3分钟，日本队幸运取得领先。柴崎岳在中圈向前传出直塞球，比利时后卫维尔通亨停球失误，皮球正好来到原口元气脚下，他停球后右脚低射球门左侧入网，1:0。落后的比利时队迅速作出回应，梅尔滕斯后侧传中，阿扎尔推射打中立柱。
逃过一劫的日本队在第51分钟扩大比分，香川真司回传，乾贵士得球后在中路直接远射，比利时防守队员未能进行有效封堵，皮球直挂球门左下角，2:0。
第61分钟，比利时队错过绝佳良机，默尼耶右侧起球，卢卡库近在咫尺的头球攻门遗憾偏出立柱。第64分钟，比利时连续做出两次换人调整，费莱尼和沙兹利分别换下梅尔滕斯和卡拉斯科，球队意在继续加强进攻。
比利时队第69分钟扳回一球，日本队禁区内解围却将球踢向底线，维尔通亨头球摆渡反而绕过门将成为吊门，皮球直接飞入大门右侧，1:2。第73分钟，比利时队在连续不断的压迫下终于扳平比分。阿扎尔左侧依靠个人能力突破后送出传中，刚刚替换上场的费莱尼高高跃起将球砸进球门，2:2。
第93分钟，本田圭佑的超远距离任意球攻门被库尔图瓦扑出。就在补时的最后一分钟，比利时上演绝杀。库尔图瓦发动快攻，德布劳内直塞右侧的默尼耶，后者带球传中，库卡库中路吸引对手后将球漏过，后点无人看防的沙兹利推射空门入网，3:2，比利时完成惊天大逆转。
最终全场比赛结束，比利时队在落后两球的情况下连扳三球，惊险晋级。他们在1/4决赛中将迎战巴西队。
日本首发：1-川岛永嗣、3-昌子源、5-长友佑都、19-酒井宏树、22-吉田麻也、7-柴崎岳、8-原口元气、10-香川真司、14-乾贵士、17-长谷部诚、15-大迫勇也
比利时首发：1-库尔图瓦、15-默尼耶、2-阿尔德韦雷尔德、4-孔帕尼、5-维尔通亨、7-德布劳内、6-维特塞尔、11-卡拉斯科、14-梅尔滕斯、10-阿扎尔、9-卢卡库
