El Chelsea, que en febrero disputará la final de la Copa de la Liga en Wembley, estuvo a punto de ver peligrar su presencia en la FA Cup cuando Douglas Luiz desvió a la portería un disparo de Moussa Diaby justo después de cumplirse los 10 minutos de juego, pero el VAR anuló el gol por una mano que rebotó en el brasileño.
Los Blues reaccionaron forzando una serie de excelentes paradas de Emiliano Martínez, entre las que destacó la que detuvo a Cole Palmer tras un pase de Clément Lenglet.
La tendencia continuó durante la primera parte, y los seguidores de Stamford Bridge no salían de su asombro cuando Noni Madueke fue incapaz de introducir el balón en una portería casi vacía tras un pase de Palmer.
El Villa se esforzó por salir a la contra ante la fuerte presión de los locales, y el fallo de Benoît Badiashile al cabecear a un lado y otro de Martínez puso el broche final a una mitad de dominio y derroche, en la que los hombres de Mauricio Pochettino buscaban su sexta victoria en sus siete últimos compromisos oficiales.
El segundo periodo comenzó a un ritmo trepidante, y Palmer volvió a ser el protagonista, con un disparo de volea que se marchó desviado.
Los 6.000 espectadores animaron a los suyos desde el Shed End, y su equipo se fue haciendo poco a poco con el partido.
Con los locales cansados por haber jugado sólo tres días antes, el Villa sintió la oportunidad de sentenciar en los últimos 20 minutos, haciendo intervenir a Đorđe Petrović por mediación de Ollie Watkins y Matty Cash, antes de que Ezri Konsa disparase desviado cuando se agotaba el tiempo reglamentario.
La presión sobre el Chelsea fue en aumento hasta el pitido final, pero al igual que en la primera parte, los visitantes resistieron.
El resultado significa que los equipos se enfrentarán de nuevo en Birmingham el mes que viene, cuando el Villa busque aprovechar su excelente temporada para llegar a la quinta ronda por primera vez desde que fue subcampeón de la FA Cup en 2015.
Jugador Flashscore del partido: Emiliano Martínez (Aston Villa)