O'Sullivan derrotou o chinês Si Jiahui por 13-9 no confronto dos quartos de final, esta quarta-feira.
Mas depois de liderar por 10-6 na sessão da manhã, o inglês perdeu três dos primeiros quatro quadros da noite e Si reduziu a diferença para 11-9.
No entanto, um soberbo vermelho longo abriu caminho para "The Rocket" ganhar um apertado 23.º quadro e O'Sullivan completou a sua vitória com um break de 74.
O'Sullivan, de 49 anos, vai agora enfrentar outro jogador chinês, o antigo campeão britânico Zhao Xintong, nas meias-finais no Crucible Theatre em Sheffield, no norte de Inglaterra.
"Estou apenas a trabalhar, hoje tive algum trabalho no meu taco, estou a jogar horrivelmente e o meu taco está horrível, mas ainda estou aqui", disse O'Sullivan à BBC.
E acrescentou: "Não me vou conseguir safar com o que tenho feito até agora. Não posso piorar, digamos assim".
Nenhum jogador chinês ganhou o título de maior prestígio do snooker, embora muitos observadores acreditem que é apenas uma questão de tempo, dado o crescimento da popularidade do jogo no país.
"Os chineses são rapazes tão simpáticos, adoro vê-los a jogar bem", disse O'Sullivan.
Recorde do século para Trump
Entretanto, o número um mundial, Judd Trump, estabeleceu um novo recorde de século para uma única época, ao derrotar Luca Brecel por 13-8, para marcar um confronto com o tricampeão mundial Mark Williams nos quartos de final.
Trump esteve bem ao vencer por 8-8, depois de o antigo campeão mundial Brecel ter feito uma série de pontos.
Mas quando o jogo recomeçou esta quarta-feira, o inglês assumiu o controlo.
Trump deu o tom com um soberbo 115 no quadro de abertura para igualar o total histórico de 103 séculos de Neil Robertson, estabelecido na época de 2013/14.
E melhorou a marca do australiano logo no frame seguinte, com uma sequência de 116.
"Joguei muito bem esta noite, consegui dar-me um impulso esta tarde mantendo o nível e essa foi a diferença no final", disse Trump após a sua vitória sobre o belga Brecel.
Trump, que venceu uma dramática meia-final de 2022 por 17-16 contra Williams, disse: "Joguei contra Mark Williams na última vez que estive nas meias-finais e foi um épico, ele é uma lenda do jogo".
Anteriormente, Williams fez o suficiente para evitar uma excelente recuperação do ex-campeão mundial John Higgins esta quarta-feira, para vencer por 13-12.
O galês venceu os quatro primeiros quadros do dia para ficar à beira da vitória por 12-8.
Mas o tetracampeão Higgins garantiu que o jogo iria para um quadro decisivo.
Williams, no entanto, prevaleceu depois de o escocês ter falhado um azul tenso na almofada superior.
"Não houve um único momento de nervosismo", insistiu Williams, de 50 anos, no final da partida.
"É um prazer jogar agora. Fomos aplaudidos de pé quando entrámos e toda a gente estava a aplaudir. Temos de desfrutar porque não sabemos quantas vezes vamos voltar aqui", acrescentou.
Zhao Xintong garantiu um lugar nas meias-finais pela primeira vez, depois de ter ganho o frame que precisava contra Chris Wakelin, para transformar uma vantagem de 12-4 durante a noite numa vitória de 13-5.