Sverige kom till kvartsfinalen genom en 1-0-seger mot Kanada i åttondelsfinalen, medan Tyskland hade en lättare resa då man slog Nigeria med 3-0.
I Sverige valde förbundskapten Peter Gerhardsson att starta med samma lag som startade åttondelsfinalen mot Kanada i måndags.
I det tyska laget fanns inte storstjärnan Dzsenifer Marozsan med i startelvan, Marozsan som inte har hade spelat sedan premiärmatchen på grund av problem med en tå. Lyon-spelaren var dock med på bänken och skulle komma in senare i matchen.
De senaste dagarna har präglats av värmebölja i Frankrike och dagens match spelades i en temperatur på över 30 grader inför 25 301 åskådare på Roazhon Park i Rennes, varpå flera så kallade cooling breaks var planerade.
Matchen inledde avvaktande, men där Tyskland fick en farlig frispark efter drygt fem minuter precis utanför straffområdet. Hedvig Lindahl kunde dock rädda avslutet utan större problem.
Sveriges första chans kom i den tolfte minuten när Sofia Jakobsson stack i djupled, fick en fin passning och kom till avslut, men Almuth Schult i det tyska målet gjorde en fotparad och räddade till hörna.
Efter en dryg kvart skulle Tyskland ta ledningen i matchen. En felpassning på egen planhalva av Sverige gjorde att tyskorna kunde hitta fram till Lina Magull, som inte gjorde något misstag i straffområdet och satte 1-0.
Tyskland skulle dock inte ha ledningen länge. I den 22:a minuten hittade Jakobsson på nytt i djupled efter en lång djupledspassning från Linda Sembrant, och fri med målvakten satte Montpellier-anfallaren bollen i mål till 1-1. Målet var Tysklands första insläppta i turneringen.
I den 36:e minuten fick Sverige ett gyllene läge att ta ledningen när Stina Blackstenius hittade in bakom den tyska backlinjen, men Linköping-anfallarens avslut räddades av Schult.
Till den andra halvleken valde Tysklands förbundskapten att byta in storstjärnan Dzsenifer Marozsan - men det var i stället Sverige som skulle få en drömstart på halvlek nummer två när Stina Blackstenius kunde trycka in 2-1 från nära håll efter en målvaktsretur av Schult på en nick från Fridolina Rolfö.
I den 66:e minuten drabbades Sverige av ett avbräck då Nilla Fischer gick av. Hon kunde sedan ses sitta på den svenska bänken med lindade vader, men det skulle visa sig att det inte rörde sig om något mer allvarligt än kramp.
Tysklands bästa chans till kvittering kom i 88:e minuten efter en frispark där Hedvig Lindahl kom ut fem, men Lena Oberdorfs nick gick strax utanför.
Tyskland låg på in i det sista för en kvittering, men Sverige lyckades hålla undan och vann med 2-1, vilket gör att man tar död på den svit som sedan 1995 inneburit att man inte slagit Tyskland i något stort mästerskap. Senast man slog tyskorna i ett VM eller EM var på hemmaplan i VM 7 juni 1995.
- Det känns fantastiskt att vi har vunnit och att vi är klara för VM-semifinal. Det är svårt att sätta ord på det just nu, säger Stina Blackstenius efter matchen.
- Det här gör vi verkligen tillsammans. Jag är så glad över att vara en del av det här laget, säger Blackstenius.
I semifinalen ställs Blågult mot Nederländerna, som tidigare i dag besegrade Italien i sin kvartsfinal. Sveriges senaste VM-semifinal var 2011, då slutade det i ett brons. Senast Sverige mötte Nederländerna i ett mästerskap var i förra EM, 2017, där det blev förlust i kvartsfinalen.
I kvartsfinalen får man dock klara sig utan Fridolina Rolfö, som drog på sig en varning i kvällens match och därmed är avstängd.
Sveriges semifinal mot Nederländerna spelas i Lyon på onsdag kväll.
Sveriges lag: Hedvig Lindahl - Hanna Glas, Linda Sembrant, Nilla Fischer (Amanda Ilestedt ’66), Magdalena Eriksson - Elin Rubensson (Nathalie Björn ’86), Kosovare Asllani, Caroline Seger - Sofia Jakobsson, Stina Blackstenius, Fridolina Rolfö (Lina Hurtig '90).
Tysklands startelva: Schult - Gwinn, Doorsoun, Hegering, Simon - Däbritz, Dallmann, Magull - Huth, Popp, Schüller.
Sveriges möte med Nederländerna spelas på onsdag. Sändningen börjar klockan 19:30 på TV4, C More Fotboll och cmore.se. Matchstart är klockan 21.00.