Venstrebacken Gabriel Cichero ble den store helten for Venezuela da han scoret seiersmålet ni minutter før full tid.
Venezuela har i mange år vært ansett som et av de svakeste lagene i Copa America. Lagets beste resultat var femteplass i Copa-debuten i 1967, men nå er venezuelanerne sikret en topp fire-plassering.
Midtstopper Oswaldo Vizcarrondo ga Venezuela ledelsen da han stanget inn 1-0 ti minutter før hvilen, men Humberto Suazo utlignet etter 70 minutters spill. Etter 81 minutter avgjorde Cichero. Han satte inn 2-1 fra kort hold etter at Chile-keeper Claudio Bravo først hadde reddet et frispark fra Juan Arango.
Dermed ble det nok en overraskende vinner i kvartfinalene.
på straffer tidligere søndag. I lørdagens kvartfinaler på straffer, og Peru slo ut Colombia etter ekstraomganger.Peru og Uruguay møtes i semifinalen tirsdag, Venezuela spiller mot Paraguay onsdag. Bronsekampen spilles lørdag, og finalen går søndag.