Först i förlängningen kunde hemmalaget avgöra till 3-2 (1-1, 1-1, 0-0, 1-0). Filip Holst-Persson stod för det avgörande målet i förlängningen och blev matchhjälte för Luleå.
Segern var Luleås fjärde på de senaste fem matcherna.
Luleå tog ledningen efter 16 minuters spel, genom Filip Holst-Persson framspelad av Arttu Tuhkala.
Timrå J20 kvitterade till 1-1 efter 16.47, när William Lindgren fick träff på pass av Linus Carlsson.
Timrå J20 tog också ledningen efter 20.23, genom Hugo Branthsson assisterad av Carl Jacobson.
Efter 10.31 i andra perioden nätade Alexander Fredriksson, och kvitterade för Luleå.
Tredje perioden blev mållös. I förlängningen tog det 2.45 innan Luleå också avgjorde till 3-2. Stor matchhjälte blev Filip Holst-Persson, på pass av Alexander Fredriksson och Jakob Ihs Wozniak.
Det här var Luleås sjätte uddamålsseger den här säsongen.
Det här betyder att Luleå är kvar på andra plats, och Timrå J20 stannar på nionde plats, i tabellen.
I nästa omgång har Luleå Modo J20 hemma i Coop Norrbotten Arena, söndag 26 november 12.00.