Lucas Paqueta blev inbytt i det brasilianska laget i halvlek och inledde direkt med att göra 1-0 i matchens 47:e minut. Bara några minuter senare fick dock Gabriel Jesus kliva av planen efter en hög spark och ett rött kort.
Chile tryckte på och Eduardo Vargas fick också in bollen i det brasilianska målet, men det bortdömdes som offside efter VAR-granskning.
Brasilien lyckades till slut hålla 1-0-segern och ställs mot Peru i semifinalen, en repris av finalen från 2019 då Brasilien vann med 3-1.
Peru blev tidigare under dagen klart för semifinal efter att ha vunnit över Paraguay med 4-3 efter straffar.
I dag spelas de andra två kvartsfinalerna mellan Argentina och Ecuador och Uruguay och Colombia.