Erling Haaland, elegido jugador del partido, firmó su doblete en los minutos 79 y 90, antes de que Neymar anotara el gol del honor desde el punto de penalti en el descuento.
Erling iguala con Leo Messi y Kylian Mbappé con siete goles en la carrera por la Bota de Oro del torneo.
Noruega avanza ahora a los cuartos de final, donde se enfrentará a Inglaterra, ante la que se encontrará con sus actuales compañeros Marc Guéhi, Nico O’Reilly y James Trafford y la reciente incorporación del City, Elliot Anderson.
De salida, un gol en el minuto cuatro del centrocampista del Bodø/Glimt, Patrick Berg, fue anulado por fuera de juego, antes de que Bruno Guimarães, el centrocampista del Newcastle, fallara un penalti más tarde en la primera parte ante 80.663 espectadores en el New Jersey Stadium de Nueva York.
Pero fue el equipo de Ståle Solbakken el que tomó el control tras el descanso, y fue ese mismo hombre, Haaland, quien hizo las acciones decisivas.
El ariete se anticipó al defensa central del Arsenal, Gabriel, para cabecear un centro de Andreas Schjelderup lejos del alcanzae de Alisson y poner a su equipo por delante bien entrada la segunda parte.
En el último minuto del tiempo reglamentario, Haaland prácticamente selló la clasificación con un brillante disparo raso desde fuera pegado a la base del poste.
Pero a Brasil le quedaba un último resquicio de esperanza. Un segundo penalti en los últimos instantes del añadido, que Neymar transformó para el equipo de Carlo Ancelotti.
Sin embargo, Haaland terminó celebrando con el pitido final, y ahora se prepara para los cuartos de final contra los Three Lions el sábado 11 de julio en el Miami Stadium de Miami Gardens.
Haaland suma ya siete goles en cuatro partidos de la Copa del Mundo, además de 62 tantos en 54 partidos con su selección.
También ha marcado en cada uno de sus últimos 14 encuentros oficiales con Noruega, perforando la red en 27 ocasiones durante ese período.
Sorprendentemente, antes de este torneo, Noruega nunca había ganado un partido de eliminación directa en un Mundial, y esta es su primera aparición en la Copa del Mundo desde 1998, por lo que vencer a Brasil, eterno campeón, es todo un hito.