Keeper Matvej Safonov ble den store helten da han reddet straffespark fra både M’Bala Nzola og Andy Diouf da PSG vant straffesparkkonkurransen 4-3 etter 1-1 ved full tid.
Safonov startet i fraværet av Gianluigi Donnarumma, som pådro seg en stygg ansiktsskade mot Monaco tidligere i uken.
Bradley Barcola scoret den avgjørende straffen for PSG.
Nzola sendte Lens i ledelsen etter 66 minutter, men bare fire minutter senere utlignet Gonçalo Ramos for gjestene.
Ligue 1-lederen slo Lyon i fjorårets finale og vant den franske cupen for 15. gang, noe som er rekord i Frankrike.
I neste runde møter PSG femtedivisjonslaget Espaly fra Sør-Frankrike i midten av januar.
PSG leder Ligue 1 med ti poeng ned til Marseille på 2.-plass. Roberto De Zerbis menn har riktignok en kamp mindre spilt. Marseille vant også 4–0 borte over Saint-Étienne søndag kveld.
Les også: Ramos sikret viktig PSG-seier – klatret over omspillsstreken i mesterligaen
