Jaidon Anthony, Igor Thiago e Fabio Carvalho marcaram gols, enquanto o Brentford garantiu a sua primeira vitória na Premier League desde a primeira jornada, numa noite dura para o Chelsea.
O extremo ex-jogador do Burnley, Anthony, cabeceou para o fundo das redes aos 61 minutos, e Thiago marcou pela primeira vez nesta liga na temporada, sete minutos antes do final, para afundar um Chelsea que pouco ameaçou o ataque.
O substituto Fabio Carvalho acrescentou o terceiro nos descontos, deixando Xabi Alonso visivelmente aflito no banco do Chelsea.
A equipa de Xabi Alonso esperava recuperar da derrota para o Arsenal e do desagradável empate em casa com o Hull, mas mal criou perigo para Caoimhin Kelleher, na baliza do Brentford.
Pedro Neto teve um remate aos nove minutos que foi espalmado por Kelleher, e Morgan Rogers viu um remate em direção à baliza bloqueado pelo defesa do Bees, Jannik Schuster, a cinco minutos do intervalo, nos únicos momentos de esperança do Chelsea na primeira parte.
E o Brentford esteve pouco melhor num primeiro tempo cinzento. Demorou quase 37 minutos para a equipa de Keith Andrews conseguir um remate à baliza e, quando o fizeram, o esforço de Yehor Yarmoliuk resultou numa defesa fácil de Emiliano Martínez.
Anthony finalmente quebra o empate para surpreender o Chelsea
O segundo tempo ameaçou seguir um padrão semelhante, embora tenham surgido sinais de que o Brentford poderia ter a dianteira — Anthony cabeceou para o travessão, embora o bandeirinha estivesse em fora de jogo.
Ele criou o momento decisivo pouco depois da hora. O canto esquerdo de Mikkel Damsgaard foi cabeceado de volta ao golo por Jannick Schuster, e Anthony apareceu livre dois metros à frente para cabecear e marcar o seu primeiro golo pelo Brentford.
O Chelsea teve um período de posse de bola razoável depois de ficar atrás, mas pouco fez com ela, a ausência de João Pedro, por lesão, foi sentida. Danny Welbeck foi superbamente marcado pela defesa do Brentford, enquanto Rogers ficou amplamente anónimo. Cole Palmer foi o melhor jogador do Chelsea, mas mesmo ele teve dificuldade em provocar impacto.
O internacional argentino Valentín Barco, vaiado a noite toda pela sua papel em provocar a Inglaterra na meia-final da Copa do Mundo, teve um apelo por penálti que foi justamente ignorado antes de o Brentford acrescentar o segundo num contra-ataque.
Chelsea desmorona no final
Kevin Schade foi lançado em via de passe e, embora o seu remate tenha sido defendido por Martínez, a bola sobrou para Thiago finalizar.
O internacional brasileiro, que ficou de fora do último plantel de Carlo Ancelotti, celebrou desbragadamente, recebendo cartão amarelo por arrancar a camisa.
Maxence Lacroix deveria ter reduzido a desvantagem, mas cabeceou por cima nos descontos, e Carvalho mostrou-lhe como concluir ao aproveitar o cruzamento desviado de Schade no poste mais distante para rematar bem alto.
A vitória levou o Brentford a terceiro lugar, à frente do restante dos jogos do fim de semana.