Con el resultado, Barcelona, que en la ida igualó 0-0 en suelo chileno, se clasificó a octavos de final y se medirá con el Gremio brasileño.
Los goles para el triunfo y clasificación de Barcelona fueron de Michael Arroyo, a los 6 y 23 minutos; Jairo Campos, al 17, y Damián Díaz, al 73; mientras que José Luis Díaz, al minuto 8; Juan Abarca, al 39 y Patricio Troncoso, a los 55, descontaron para Cobreloa.
Barcelona se adelantó en el marcador con tanto del centrocampista Arroyo, con violento disparo esquinado al ángulo inferior derecho del portero Luciano Palos, tras una gran jugada del argentino Damián Díaz, al minuto 6.
Barcelona no terminaba de celebrar el gol y Cobreloa alcanzó el empate a través de Díaz, al minuto 8.
Los de casa esperaron hasta el minuto 17 para convertir el segundo gol con toque lento pero preciso de Campos, tras un tiro de esquina del argentino Matías Oyola.
La inspiración de Arroyo lo llevó a convertir el tercer gol de Barcelona y el segundo personal, con otro espléndido disparo imposible para el portero, al minuto 23.
Cobreloa no renunció en su afán de aferrarse a la clasificación y acortó en el marcador en una acción confusa en el arco de Barcelona, al que llegó oportuno Abarca para empujar el balón entre el piso y el arquero Máximo Banguera, al minuto 39.
El equipo chileno logró el ansiado empate tras una mala salida de la defensa de Barcelona, aprovechó la ocasión el delantero Troncoso con fuerte remate al fondo del arco, al minuto 55.
Pero el argentino Díaz marcó el gol salvador de Barcelona con una espectacular chilena, al minuto 73, que valió el billete a octavos de final de la Copa Sudamericana.