Segern var Skellefteås fjärde på de senaste fem matcherna.
Luleå hade greppet inför tredje perioden och ledde med 1-0, men lyckades inte hålla i ledningen.
Målgörare för Skellefteå var Jonathan Johnsson och Melker Karlsson, medan Luleås enda mål gjordes av Nils Lundkvist.
Resultatet betyder att båda lagen har oförändrad position i tabellen, Skellefteå på tredje plats och Luleå på fjärde plats.
I nästa match, torsdag 11 mars 18.00, har Skellefteå Frölunda borta i Scandinavium, medan Luleå spelar hemma mot Örebro Hockey.
