Luleå inledde matchen i ett högt tempo och tog ledningen genom Arttu Ilomäki efter tre minuters spel.
Men Liberec tog över mer och mer och gjorde två mål inom loppet av mindre än fyra minuter.
1–1 dunkades in av Libor Hudacek efter att Arttu Ilomäki förlorat en tekning i egen zon.
Och med Nils Lundkvist utvisad för en hakning bröt Lukas Krenzelok in och sprätte upp pucken i nättaket bakom Joel Lassinantti.
Fast Luleå arbetade till sig en utvisning och i det efterföljande powerplayet styrde Petter Emanuelsson in ett skott från Daniel Sondell.
Även den andra perioden slutade 2–2.
Luleå inledde målskyttet genom Einar Emanuelsson som överlistade Justin Peters i samma ögonblick som Liberec blev fulltaligt efter en utvisning.
Sedan gjorde Liberec mål två powerplay i rad.
Men med drygt fem minuter kvar av den andra perioden släppte en skymd Justin Peters in ett skott från Nils Lundkvist.
Luleå fick också chansen att spela fem mot tre i närmare två minuter i den tredje perioden.
Fast Liberec höll undan och tvingade fram en förlängning.
Väl där avgjorde dock Filip Hållander för Luleå.