Victor Oshimen var en konstant trussel mot Gabon i første omgang, spesielt med noen hodeinnsats som enten gikk knepent utenfor eller hentet en spektakulær redning fra keeper Loyce Mbaba.
I samme strofe mente Super Eagles at de fortjente en straffe da midtstopper Aaron Appindangoye så ut til å ha håndtert inne i feltet, men den sørafrikanske dommeren Abongile Tom kunne ikke tolerere oppfordringer om et spark.
Så, tidlig i andre omgang, var det Gabon som følte at de burde blitt tildelt en straffe etter at Bright Osayi-Samuel hadde trukket Appindangoye ned i 18-meteren.
Men etter en lengre konsultasjon med VAR, avviste Tom et straffespark.
Med 12 minutter igjen gjorde Appindangiye en klareringstabbe da han passerte Akor Adams, som rundet Mbaba for å bryte vranglåsen.
Men da Nigeria så ut til å seierskurs, utlignet Mario Lemina for Panthers med bare ett minutt igjen for å sende kampen til ekstraomganger.
Det viste seg å være en vanskelig kveld for Victor Osimhen med to nestenulykker fra Mbaba-to-beat golden situasjoner nær slutten av kampen.
Innbytter Chidera Ejuke tok deretter tilbake ledelsen for Super Eagles i det 97. minutt med en klinisk avslutning etter å ha blitt satt opp av Wilfred Ndidi.
Da Gabon prøvde å utligne igjen, ble håpet deres om et comeback deflatert av Osimhen fem minutter senere da Galatasaray-spissen til slutt slo Mbaba.
Osimhen var tilbake for å forsegle støtten i det 110. minutt etter å ha kjørt seg forbi noen Gabon-forsvarere før han skjøt hjem.
Nigeria skal nå møte vinneren mellom Kamerun og DR Kongo, som møter hverandre i en ny semifinalekamp.
Finalen i disse afrikanske kvalifiseringskampene er på søndag i Rabat.
