Max Holmberg stod för Luleå FC:s avgörande mål efter 90 minuter.
Första halvlek blev mållös, men direkt efter pausen slog Gus Koskenniemi till och gav Luleå FC ledningen.
Med en knapp halvtimme kvar att spela fick Haysam Mohamed Yahye träff och ökade ledningen för Luleå FC.
Med en knapp halvtimme kvar att spela nätade Alexander Christoffersson och reducerade åt Piteå IF.
Först med sex minuter kvar att spela kvitterade Piteå IF genom Isak Eriksson.
Det matchavgörande målet kom i 90:e minuten, när Max Holmberg gjorde 2-3 för Luleå FC. Det fastställde slutresultatet till 2-3.
Det här betyder att Piteå IF är kvar på tredje plats, och Luleå FC stannar på andra plats, i tabellen.
I nästa omgång har Piteå IF Umeå FC Akademi hemma på LF Arena, söndag 15 augusti 17.00.