Italien vann sin grupp på sex poäng före Australien och Brasilien, medan Kina gick vidare som en av de bästa grupptreorna på fyra poäng i sin grupp bakom Tyskland och Spanien.
På tisdagskvällen ställdes landslagen mot varandra på Stade de la Mosson i Montpellier.
Det var Italien som skulle börja matchen bäst. Redan i den tionde minuten sprang sig Valentina Giacinti till ett friläge och placerade snyggt in avslutet i mål. Men domarna valde att döma bort målet för offside. Men ett par minuter senare fick Giacinti revansch. Hon tog sig först fram på en andravåg, efter en tilltrasslad situation i straffområdet, och sköt in ledningsmålet till Italien.
Men Italien drog inte ned på tempot, snarare det motsatta. Först var det löpvilliga Giacinti som sköt precis utanför, och i den första halvlekens slutskede fick Valentina Bergamaschi i väg ett tungt skott som gick rakt på målvakten.
Det italienska spelövertaget tvingade Kina till att göra en ändring i halvtid, då Li Yang ersatte Yasha Gu.
Men Italien fortsatte att ösa på. I matchminut 49 bröt man ett uppspel, spelade vidare till en centralt placerad Aurora Galli, som tog avslut från utanför straffområdet. Inhopparens skott satt intill målvakts högra stolpe, och innebar 2-0 till Italien. Det var Gallis tredje mål som inhoppare i årets VM.
För Italien väntar nu vinnaren i kvällens åttondelsfinal mellan Nederländerna och Japan. I en eventuell semifinal blir det Tyskland eller Sverige som står för motståndet.
- Våra spelare har ett mål och det är att få det italienska folket att få upp ögonen och uppskatta damfotbollen. Det hjälper, ger energi och motivation, säger den Italiens förbundskapten Milena Bertolini, och tillägger:
- Jag vet att det tar tid att bryta traditioner och åsikter, men det här laget är kapabelt att ändra dessa fördomar.
Kinas förbundskapten Jia Xiuquan:
- Det här gör att vi förstår våra brister. Vi vet om vår potential och väl hemma igen kommer vi att reflektera för att utvecklas.
Startelvor:
Italien: Giuliani - Guagni, Gama, Linari, Bartoli - Bergamaschi, Giugliano, Cernoia - Giacinti, Girelli, Bonansea.
Kina: Peng - Han, Wu, Lin, Liu - Wang, Zhang, Wang, Gu - Wang, Li.