Sverige försvarade en 4–3-ledning nästan hela tredje perioden. Med med 1.29 kvar kvitterade Marko Antilla efter en retur.
Och efter 1.37 av förlängningen sköt Sakari Manninen 5–4.
Därmed sprack drömmen om ett historiskt tredje raka VM-guld.
– Det känns surt, jag tycker vi var det bättre laget idag, sa Lundqvist.
Backarna John Klingberg och lagkaptenen Oliver Ekman-Larsson hade chansen att vinna för tredje året i rad.
Även förbundskaptenen Rikard Grönborg, som slutar efter VM, hade chansen att bli historisk.
Sverige fick en mardrömsstart på Finnkampen. Bara en minut hade spelats – och Sverige redan slagit två icingpuckar – när backen Niko Mikkola gjorde 1–0 på ett skott som inte såg otagbart ut för Henrik Lundqvist.
När Elias Pettersson gjorde ett glänsande 3–1-mål efter 25 sekunder av andra perioden såg det ut som svenskarna tagit semifinalgreppet. Men Finland kvitterade slumpmålsmatchen.
Tre Kronor avslutade dock mittperioden starkt och Erik Gustafsson gjorde ett märkligt 4–3-mål med 25 sekunder kvar av andra perioden.
Spelet fortsatte och först i slutsekunderna, vid nästa spelavbrott, videogranskades skottet som de flesta trodde hade tagit i stolpen.
Men projektilen upptäcktes ha gått i kameran inne i målet och studsat ut. Gustafsson såg själv minst sagt förvånad ut när det signalerades för mål.
Glädjen där förbyttes dock till besvikelse.
– Jag har gjort allt jag har kunnat och haft kul här, men det har inte känts optimalt av någon anledning, summerade Henrik Lundqvist sin egen insats.