Torehan tersebut membuat West Ham jadi tim pertama yang mencetak lebih dari satu gol ke gawang Chelsea setelah 22 pertandingan Liga Inggris sejak musim lalu.
Gol-gol West Ham dicetak oleh Manuel Lanzini, Jarrod Bowen dan Arthur Masuaku, membalikkan keadaan setelah Chelsea dua kali sempat memimpin lewat Thiago Silva dan Mason Mount.
Kemenangan mengamankan posisi West Ham di empat besar di mana mereka menempati peringkat keempat dengan 27 poin, unggul empat poin atas Arsenal.
Sedangkan Chelsea, yang gagal menambah raihan 33 poin, terancam dikudeta dari puncak klasemen oleh Manchester City (32) atau Liverpool (31) yang baru main dalam laga lebih larut, demikian catatan laman resmi Liga Inggris.
Thiago Silva membuka keunggulan Chelsea, yang tampil banyak mengendalikan bola sejak sepak mula, dengan melompat paling tinggi di dalam kotak penalti untuk menanduk umpan sepak pojok kiriman Mount pada menit ke-28.
West Ham nyaris memberi balasan instan selepas sepak lanjut melalui tembakan voli Vladimir Coufal yang menerobos kerumunan pemain, tetapi bola masih bisa diamankan oleh kiper Edouard Mendy.
Pada menit ke-38, Jorginho yang pekan lalu membukukan blunder kembali melakukan kesalahan saat umpan baliknya terlalu pendek dan memaksa Mendy menjatuhkan Jarrod Bowen di dalam kotak terlarang, sehingga wasit Andre Marriner segera menunjuk titik putih.
Hadiah tendangan penalti tak disia-siakan oleh Lanzini yang jadi algojo dan dengan tenang memperdaya Mendy untuk membuat kedudukan imbang pada menit ke-40.
Namun, semenit jelang turun minum Chelsea sukses merestorasi keunggulan mereka memanfaatkan serangan balik cepat yang diakhiri sepakan voli Mount menyambut umpan jauh Hakim Ziyech.
Turun minum dalam keadaan tertinggal, West Ham langsung berusaha memukul balik tamunya di babak kedua dan hasilnya pada menit ke-56 Bowen sukses membuat kedudukan kembali imbang 2-2.
Berawal dari aksi Michail Antonio memenangi duel udara di tepian kotak penalti Chelsea, bola jatuh di hadapan Bowen yang langsung melepaskan tembakan keras melewati kaki Andreas Christensen dan bersarang ke dalam gawang tim tamu.
Chelsea hampir saja langsung merestorasi keunggulan mereka lagi saat umpan silang Reece James menciptakan kemelut di depan gawang West Ham, sayang Romelu Lukaku gagal melepaskan penyelesaian bersih dan bola liar berhasil diamankan kiper Lukasz Fabianski.
Pada menit ke-75, West Ham kembali menciptakan peluang saat Antonio melepaskan umpan tarik yang sayangnya terlalu tajam dan gagal dijangkau oleh Bowen.
Kedua tim terus berusaha mencari gol kemenangan dan West Ham lah yang berhasil mendapatkannya hanya tiga menit jelang bubaran waktu normal ketika Masuaku melepaskan umpan silang yang terlalu tajam dan berakhir memperdaya Mendy serta melesak ke dalam gawang Chelsea.
Chelsea berusaha bangkit, tapi West Ham mampu meredam gelombang serangan tim tamu guna menjaga skor 3-2 bertahan hingga peluit tanda laga usai berbunyi.
Di pertandingan selanjutnya, West Ham akan bertandang ke Turf Moor menghadapi Burnley pada Minggu (12/12) pekan depan, sehari setelah Chelsea menjamu Leeds United di Stamford Bridge.
Sebelum itu kedua tim bakal lebih dulu tampil di Eropa saat Chelsea bertamu ke Rusia melawan Zenit St. Petersburg dalam laga pemungkas Grup H Liga Champions pada Rabu (8/12) dan sehari berselang West Ham menjamu Dinamo Zagreb di London untuk menutup Grup H Liga Europa.