Luleå leder serien en poäng före Växjö. Frölunda ligger på sjätte plats i tabellen.
Segermålet för Luleå stod Dans Locmelis för 4.24 in i förlängningen.
Segern var Luleås åttonde på de senaste tio matcherna.
Luleå tog ledningen efter 6.54, genom Dans Locmelis framspelad av Erik Hannu.
Efter 14.50 i andra perioden gjorde Luleå 2-0 genom Isak Holmström och tog ett rejält grepp om matchen.
Efter 19.06 av perioden kunde Teodor Forssander göra 2-1 för Frölunda.
9.34 in i tredje perioden slog Teodor Forssander till på nytt framspelad av Theo Angesved och Sander Wold och kvitterade.
I förlängningen tog det 4.24 innan Luleå avgjorde till 3-2. Matchvinnare för hemmalaget blev Dans Locmelis.
Det här var Luleås femte uddamålsseger den här säsongen.
Söndag 26 februari 12.00 spelar Luleå hemma mot Rögle.