Avgörandet på Stamford Bridge dröjde länge. I den 93:e minuten vände Sunderland spelet snabbt och kontringen avslutades med att Chemsdine Talbi placerade in 2–1 vid bortre stolpen.
Sunderland står efter segern på 17 poäng efter nio matcher, med bara Arsenal framför sig i tabellen.
Londonbesöket började dock inte särskilt bra när Alejandro Garnacho gav Chelsea ledningen redan i fjärde minuten. Wilson Isidor kvitterade i mitten av första halvlek och sedan fixade inhopparen Talbi trepoängaren.
Newcastle avgjorde också sent hemma mot Fulham, när Bruno Guimarães sköt 2–1 i 90:e minuten.
Direkt efter målet fick 18-årige svensken Jonah Kusi Asare, på lån från Bayern München, hoppa in i Fulham och göra Premier League-debut.
I Newcastle byttes Anthony Elanga in med kvarten kvar, medan Emil Krafth fick sitta kvar på bänken hela matchen.
