Der 18-Jährige wurde nach 16 Minuten an der Stamford Bridge ausgewechselt und war zur Halbzeit sichtbar aufgelöst.
Cheftrainer Liam Rosenior sagte: "Er war am Boden zerstört. Er hat zur Halbzeit geweint. Ich bin wirklich am Boden zerstört für ihn."
Scans bestätigten das Ausmaß der Verletzung, die schlimmer ist als zunächst befürchtet. Eine Grad-4-Zerrung ist die schwerste Klassifikation und erfordert typischerweise mehrere Wochen Rehabilitation.
Brasiliens erstes Gruppenspiel bei der Weltmeisterschaft gegen Marokko findet am 13. Juni statt, was nur wenig Zeit für die Genesung lässt.
Quellen, die Estevão nahestehen, sagten BBC Sport dass er fit sein wird, um am Turnier teilzunehmen.
Allerdings berichtet ESPN Brasilien dass es innerhalb der brasilianischen Fußballkonföderation eine aktive Debatte darüber gibt, ob er in den am 18. Mai benannten Kader aufgenommen werden soll, in der Hoffnung, dass er für die K.o.-Runden verfügbar sein würde.
Cheftrainer Carlo Ancelotti hatte zuvor ohne Zögern gesagt, dass Estevão Teil seiner WM-Pläne sein würde.
Dies ist das dritte Muskel- oder Oberschenkelproblem, das der Teenager seit Dezember hatte.
Er hat in dieser Saison 36 Einsätze für Chelsea absolviert, dabei acht Tore erzielt und drei Vorlagen gegeben - eine Arbeitslast, die Fragen darüber aufgeworfen hat, wie viel sein Körper in seinem ersten Jahr im europäischen Fußball leisten musste.