fotballdrakt barn Trener Thomas Tuchel var tilbake på benken etter å ha kommet seg etter Covid-19, da Africa Cup of Nations-vinneren Edouard Mendy kom tilbake sammen med N'Golo Kante, Mason Mount og Callum Hudson-Odoi.
The Blues var godt klar over sine siste bedrifter i turneringen da de tapte mot et annet brasiliansk lag, Corinthians, i finalen i 2012.
Kampen fikk en treg start, og kampens første sjanse kom i det 24. minutt da Danilo plukket ut Dudu som så angrepet hans seile over Mendys tverrligger.
Chelsea ble i mellomtiden utdelt et stort slag i det 33. minutt da Mason Mount ikke klarte å komme seg etter slaget han fikk i semifinalen og ble tvunget til å vike plass for Christian Pulisic.
The Blues var nær ved å få gjennombruddet like før pause da Thiago Silva fikk tid og rom til å slippe løs, men Palmeiras-keeper Weverton vippet innsatsen over tverrliggeren.
Gjennombruddet kom imidlertid 10 minutter ut i pausen da Hudson-Odoi brøt ned venstresiden før han sendte et innlegg inn i feltet der Lukaku var på plass for å heade hjem.
Ledelsen varte ikke så lenge da brasilianerne ble tildelt en straffe etter 64 minutter da ballen traff Silvas hånd, noe som gjorde at Raphael Veiga kunne spille inn fra 12-meters avstand.
Begge sider kastet alt fremover på jakt etter et andre mål, selv om Tuchel trakk Lukaku og Hudson-Odoi for Timo Wenrer og Sual Niguez i de siste 13 minuttene.
Kampen gikk til slutt til ekstraomganger etter at ingen av lagene klarte å finne et klarsignal, men det var de blå som fant vinneren med to minutter igjen på klokken.
De blå ble tildelt en straffe etter at Luan ble dømt til manchester united drakt baby å ha håndtert ballen i boksen. Cesar Azpilicueta så ut til å ta straffen, men det var Kai Havertz som gikk opp og beseglet tittelen fra 12 yards unna.