Unggutten Will Smallbone og tidligere Arsenal-helt Theo Walcott bommet for Southampton. Da kunne Reece James avgjøre selv om Mason Mount hadde feilet for Chelsea.
Tirsdagens oppgjør kom i et tett kampprogram, og det preget troppene. Første omgang var av det tamme slaget.
Chelsea var ikke i nærheten av nivået som tok klubben til Champions League-triumf sist sesong og gjort dem til tittelutfordrer i Premier League. Southampton fikk til lite.
Helten fra CL-finalen, Kai Havertz, var forskjellen på lagene da han headet Chelsea i ledelsen minutter før pause.
I andre omgang steg intensiteten, kvaliteten i spillet og lydnivået på tribunen. Gjestene hevet seg, og Che Adams kunne utligne alene med mål etter en retur i omgangens åpningsminutt.
Tross store sjanser til begge lag sto det 1-1, og kampen gikk til straffesparkkonkurranse.
Landslagsspiller Mohamed Elyounoussi gikk glipp av kampen etter et lite inngrep i tommelen.
[ Centimeterne reddet Arsenal da Leeds ble slått i ligacupen ]