Jalal Jaemz slog till efter 95 minuter och blev matchhjälte med sitt 2-1-mål.
Matchen förblev jämn målmässigt till KB Karlskoga tog ledningen i 33:e minuten, genom Marcus Nilsson. I 70:e minuten slog Jacob Sundström till, och kvitterade för Eskilstuna City.
Det matchavgörande målet kom i matchens absoluta slutskede, i 95:e minuten, när Jalal Jaemz slog till och gjorde 1-2 för KB Karlskoga.
När lagen senast möttes, 2014, blev det seger för Eskilstuna City med 3-0.
I nästa omgång har Eskilstuna City Adolfsberg borta på Lugnets IP, fredag 14 april 19.15.