Setelah Heidenheim kebobolan gol bunuh diri hanya dalam waktu tiga menit, striker mereka Tim Kleindienst menyamakan kedudukan pada menit ke-85 untuk menjaga harapan tuan rumah tetap hidup.
Namun, kelangsungan hidup Bremen dikonfirmasi empat menit memasuki waktu tambahan.
Pemain depan pengganti Fin Bartels mengalahkan pertahanan dan mengatur bek Swedia Ludwig Augustinsson untuk menembakkan gol pertamanya musim ini dan gol kedua krusial timnya.
Pada tahap sekarat, bek Bremen Theodor Gebre Selassie kemudian kebobolan penalti ketika ia melanggar gelandang Heidenheim Tobias Mohr di kotak penalti.
Kleindienst melepaskan penalti yang dihasilkan pada menit kedelapan waktu tambahan, tetapi sudah terlambat.
Bremen membuat awal yang baik ketika bek tengah Heidenheim Norman Theuerkauf memberi mantan klubnya gol bunuh diri setelah hanya tiga menit.
Dengan 10 menit berlalu, tembakan jarak jauh oleh penyerang Bremen Milot Rashica harus ditepis di atas mistar gawang oleh kiper Heidenheim.
Itu 1-0 saat istirahat, tetapi Heidenheim terbang keluar dari blok di babak kedua dan membuat Bremen di bawah tekanan sebelum memaksa menyamakan kedudukan.
Dengan waktu terus berdetak, Heidenheim menyamakan kedudukan pada menit ke-85 ketika gelandang Tobias Mohr menanduk mistar gawang dan Kleindienst mencetak rebound sebelum kedua tim mencetak gol pada tahap penutupan yang dramatis.
Penggemar tidak diizinkan berada di lapangan Jerman sejak liga dimulai kembali pada pertengahan Mei setelah jeda dua bulan karena pandemi virus corona.
Namun, ada adegan aneh di pertengahan babak kedua ketika sekelompok anak muda muncul sebentar di tribun utama sebelum dengan cepat diantar pergi.
Heidenheim, yang finis ketiga di divisi dua, telah mengajukan penawaran untuk musim Bundesliga pertama mereka, sementara Bremen, yang finis ketiga dari bawah di papan atas Jerman, mempertahankan status mereka.