För först tre minuter in i förlängningen rullade inhopparen Abdoulaye Doucoure in avgörande 2–1-målet
Cenk Tosun ordnade hemmalagets ledningsmål efter nio minuter. Rotherham, nästjumbo i League Championship, kvitterade genom Matthew Olosunde i 56:e minuten, ett mål som tog cupmötet till förlängning.
Derby, även det ett lag från League Championship, åkte på en riktig smäll – då bortamötet med Chorley från sjättedivisionen slutade med en 0–2-förlust.
Saman Ghoddos ordnade Brentfords 2–1-seger hemma mot Middlesbrough. 27-åringen spelade fram till Halil Dervisoglus 1–0 och satte sedan själv avgörande 2–1 i 65:e minuten.
Titelhållaren Arsenal vann över Newcastle med 2–0 efter förlängning. Emile Smith Rowe gjorde 1–0-målet i 109:e minuten – efter att ha fått ett rött kort under ordinarie matchtid. Smith Rowe fick syna det röda kortet efter en brysk närkamp med Sean Longstaff, men efter en VAR-kontroll ändrades det röda till ett gult kort i stället.
Pierre-Emerick Aubameyang säkrade segern med 2–0-målet i 117:e minuten.