Giroud mencetak gol pada menit pertama injury time dengan menanduk bola muntah hasil tembakan Timo Werner yang sempat dihalau oleh kiper Alfred Gomis.
Gol itu memastikan kemenangan Chelsea, yang keunggulan mereka lewat Callum Hudson-Odoi sempat tergelincir hanya lima menit jelang bubaran waktu normal oleh gol Sehrou Guirassy untuk Rennes.
Baca juga: Lampard mau kalahkan Rennes agar segera bisa istirahatkan pemain
Hudson-Odoi membuka keunggulan Chelsea pada menit ke-22 dengan menyelesaikan umpan jauh kiriman Mason Mount.
Sejak gol itu Rennes tampil lebih dominan dan melepaskan tak kurang dari 13 percobaan tembakan sepanjang laga.
Pada menit ke-73 dan 74, Rennes memperoleh dua peluang beruntun dari Guirassy dan tandukan Gerzinho Nyamsi, tetapi bekas kipernya, Edouard Mendy, tampil gemilang untuk mementahkan dua kesempatan itu.
Baru pada menit ke-85, Rennes memetik hasil kerja kerasnya ketika Guirassy menanduk bola umpan silang Benjamin Bourigeaud tanpa memberi kesempatan Mendy untuk berreaksi dan skor jadi imbang 1-1.
Beruntung bagi Chelsea, Giroud memperlihatkan ketenangannya sebagai pemain berpengalaman untuk memastikan kemenangan di menit pertama injury time.
Hasil itu membuat Chelsea mengumpulkan 10 poin dan duduk di puncak klasemen sementara Grup E untuk memastikan langkah ke babak 16 besar.
Sedangkan Rennes yang cuma punya satu poin di dasar klasemen bakal berusaha mencari cara mengamankan posisi ketiga agar tetap tampil di kompetisi Eropa tahun 2021 nanti.
Pekan depan Chelsea akan bertandang ke markas Sevilla pada Rabu (2/12), sedangkan Rennes melawat ke kandang Krasnodar.
Baca juga: Conte punya tiga resep mengalahkan Real Madrid
Baca juga: Emmanuel Dennis dicoret Burgge karena langgar social distancing
Susunan pemain:
Rennes (4-3-3): Alfred Gomis; Hamari Traore, Damien da Silva, Gerzinho Nyamsi, Adrien Truffert (Faitout Maouassa); Benjamin Bourigeaud, Steven Nzonzi, Eduardo Camavinga (Clement Grenier); Jeremy Doku (Yann Gboho), Sehrou Guirassy (M'baye Niang), James Lea Siliki (Romain Del Castillo)
Pelatih: Julien Stephan
Chelsea (4-2-3-1): Edouard Mendy; Cesar Azpilicueta, Kurt Zouma, Thiago Silva, Ben Chilwell; Jorginho, Mateo Kovacic (Kai Havertz); Callum Hudson-Odoi (Hakim Ziyech), Mason Mount (N'Golo Kante), Timo Werner (Reece James); Tammy Abraham (Olivier Giroud)
Pelatih: Frank Lampard
Baca juga: Bayern alami krisis pemain bertahan jelang lawan Salzburg
Baca juga: Nagelsmann: Leipzig akan bermain untuk menang melawan PSG