När den fjärde perioden inleddes hade Spanien ledning med 73-61 och trots att Kanada kröp närmre och närmre bestod Spaniens försprång tills en dryg minut kvar då Dillon Brooks sänkte en trepoängare för 80-80.
Sedan var det dags för Kanadas störste stjärna, point guard Shai Gilgeous-Alexander, att kliva fram. Med 44 sekunder kvar gav han ledningen till Kanada och när Spanien jagade kvittering var det 25-åringen som snodde åt sig bollen, drog på sig en foul och satte två frikast för ledning 84-80.
Under de återstående sekunderna sänkte han ytterligare fyra frikast och ledde det unga Kanada-laget vidare till slutspelet av basket-VM genom vinsten med 88-85.
Kanada, som SVT:s expert Nick Rajacic höll som guldfavorit inför mästerskapet, ställs nu mot Slovenien och världsstjärnan Luka Doncic i kvartsfinalen mot onsdag.
Kvartsfinaler basket-VM
Italien – USA, tisdag
Tyskland – Lettland, onsdag
Litauen – Serbien, tisdag
Kanada – Slovenien, onsdag