Joonas Jalvanti gav Luleå ledningen i den första perioden, när han hittade luckan under Shane Owens arm.
Juhani Tyrväinen gjorde 0–2 för bortalaget från Norrbotten i inledningen av den andra perioden.
När Austin Farley fintade upp Owen och satte 0–3, efter en vacker framspelning av Jack Connolly, kändes matchen avgjord.
Det blev lite nerv i matchen, när först Liam Morgan reducerade matchen till 1–3, innan Liam Reddox kunde stöta in 2–3 från nära håll ett par minuter senare.
Luleå Hockey kom tillbaka i matchen och gjorde både 2–4 och 2–5, genom Petter Emanuelsson respektive Robin Kovacs.
Liam Reddox tröstmålade för Belfast, när han hittade luckan vid första stolpen. Närmare kom aldrig Belfast under sin forcering och Luleå vann med 6–3. Sista målskytt för Luleå var Arttu Ilomäki, när han skickade in bortalagets sjätte mål i powerplay.
Segern innebär att Luleå är klara för åttondelsfinal i CHL.