Det avgörande målet var Alexander Ovetjkins tionde efter åtta spelade matcher och därmed toppar ryssen skytteligan med två måls marginal.
Fullträffen var också hans 20:e mål på övertid och därmed gick han om Calgarys Jaromir Jagr på listan över spelare som har gjort flest mål på övertid i ligans historia.
– Det kändes jättebra att få in den sista. Vi har skapat målchanser, nu behövde vi bara få in några puckar, säger Ovetjkin till ESPN.
– Det finns en anledning till att han har gjort en fantasiljon (”gazillion”) mål i den här ligan. Han skjuter bäst av alla. Om du ger honom tillräckligt många lägen så kommer de att gå in, säger Washingtontränaren Barry Trotz.
Svensken gjorde sitt första för säsongen
Svenske André Burakovsky, som spelade i tredjekedjan, inledde Washingtons målskytte när han kvitterade till 1–1 i slutet av den första perioden. Det var Washingtons första mål på drygt 108 minuter efter bland annat en 2–0-förlust mot Toronto i tisdags. Målet var Burakovskys första den här säsongen.
– Det är stort för en kille som André. När han får självförtroende kommer han att vara en riktigt bra spelare för oss, berömmer Trotz enligt nhl.com.
Tomas Tatar satte två mål i den tredje perioden och det såg ut som att Detroit skulle vinna inför hemmapublik, men T J Oshie hade andra planer.
Burakovsky spelade fram till Oshie som kvitterade i numerärt överläge och tog matchen till förlängning med en minut kvar av ordinarie matchtid.
– Överlag gjorde vi många bra saker. Vi har förlorat tre i rad, men kan inte säga att vi spelar dåligt, säger Detroits svenske veteran Henrik Zetterberg.