I omklädningsrummet i paus levde hoppet för Basel om en final i Europa League efter man tagit ledningen i 45:e minuten genom ett snyggt mål av egyptiern Mohamed Salah.
Men regerande Champions League-mästaren Chelsea ville annorlunda och svarade för en uppvisning i andra halvlek.
Först var det Fernando Torres som höll sig framme på en retur på Frank Lampards skott. Sedan var det Moses, som forcerade in 2-1 innan publiken på Stamford Bridge fick se ett drömmål. David Luiz med vänsterdojan från långt håll där bollen skruvade sig upp i vänstra krysset. De tre målen kom inom loppet av nio minuter.
Chelsea, som åkte ut redan i gruppspelet i Champions League, är därmed klart för Europa League-final med totalt 5-2 i dubbelmötet.