Gol-gol kemenangan Persebaya dicetak David Da Silva menit ke-28 dan 70, Mahmoud Eid menit ke-45+2 dan Irfan Jaya menit ke-54.
Sedangkan, dua gol Arema FC dilesakkan Johan Alfarizi menit ke-3 dan Elias Alderat menit ke-73.
Baca juga: Musuh bebuyutan Arema dan Persebaya berlaga, ini pesan Gubernur Khofifah
Baca juga: Jelang laga Persebaya vs Arema, sejumlah kendaraan dibakar massa
"Singo Edan", julukan Arema FC, unggul cepat menit ke-3 melalui Johan Alfarizi memanfaatkan bola rebound hasil tendangan bebas Oh In Kyun.
Usai kebobolan, Persebaya mencoba keluar dari tekanan dan menyerang melalui Makan Konate maupun David Da Silva, namun kerap digagalkan barisan pertahanan lawan.
Petaka bagi Arema FC datang pada menit ke-18 setelah striker asingnya, Jonatan Bauman melakukan pelanggaran keras terhadap Arief Satria dan membuat wasit Fariq Hitabba tak ragu mengacungkan kartu merah.
Unggul jumlah pemain, "Bajul Ijo", julukan Persebaya praktis semakin mendominasi pertandingan dan David Da Silva sukses menyamakan kedudukan menit ke-28 memanfaatkan skema serangan balik.
Striker asing asal Brazil tersebut membawa bola dari sisi lapangan Persebaya dan mengajak lari dua pemain belakang sebelum menaklukkan kiper Arema FC, Kartika Aji.
Pelatih Persebaya Aji Santoso yang ingin timnya tampil lebih impresif memasukkan Mahmoud Eid dan menarik keluar M Supriyadi.
Pada injury time, Persebaya berbalik unggul setelah Mahmoud Eid yang lolos dari jebakan offside berhasil menanduk bola ke gawang setelah ditinggalkan kiper Kartika Aji karena mencoba menjemput bola.
Setelah gol tersebut, wasit meniup peluit panjang tanda pertandingan babak pertama berakhir.
Memasuki babak kedua, Pelatih Persebaya Aji Santoso memainkan Irfan Jaya menggantikan Oktafianus Fernando untuk menambah daya dobrak.
Baru sembilan menit di atas lapangan, Irfan Jaya membuktikan kualitasnya usai menjebol gawang Kartika Aji dan membawa timnya menjauh.
Persebaya harus bermain 10 orang setelah Abu Rizal Maulana diganjar kartu merah menit ke-60 akibat melanggar KH Yudho yang masuk beberapa saat usai Arema FC kebobolan.
Abu Rizal harus meninggalkan lapangan karena sudah mengantongi dua kartu kuning.
Keunggulan Persebaya semakin menjauh setelah David Da Silva kembali mencatatkan namanya di papan skor dan membawa timnya unggul 4-1 menit ke-70.
Gol bermula dari serangan balik Persebaya melalui Irfan Jaya dari sisi kanan pertahanan Arema FC dan mengirimkan umpan silang yang diselesaikan dengan tandukan David Da Silva.
Tertinggal, Arema FC tak ingin semakin diserang dan striker asingnya, Elias Alderat, sukses memanfaatkan kelengahan pertahanan Persebaya dengan melesakkan bola melalui sepakan kaki kanannya pada menit ke-73.
Di sisa waktu pertandingan, Arema FC tampil lebih dominan, terlebih setelah David Da Silva ditarik keluar dan digantikan Patrick Wanggai sepuluh menit menjelang bubaran.
Tak ada lagi gol tercipta dan skor akhir 4-2 untuk Persebaya yang akan menantang Persija Jakarta pada laga puncak, setelah pada semifinal mengalahkan Madura United dengan skor 2-1 di Stadion Kanjuruhan Malang, Senin (17/2).