Armand Laurienté scoorde twee keer voor Sassuolo, zette de thuisploeg op voorsprong in de 25e minuut en herstelde de gelijkstand in de 65e, maar het team van Alberto Aquilani kon niet voorkomen dat Fiorentina alle drie punten pakte.
Pellegrino maakte gelijk in de blessuretijd van de eerste helft, kopte binnen na de bijdrage van Alieu Njie, voordat laatstgenoemde Fiorentina vijf minuten in de tweede helft op voorsprong zette.
Laurienté maakte het 2-2, maar invaller Pedro Gonçalves hielp de opening te creëren voor Mastantuono om Fiorentina's voorsprong in de 79e minuut te herstellen. Víctor Valdepeñas voegde een vierde toe in de blessuretijd.
Fiorentina-coach Paolo Vanoli was bijzonder tevreden met de bijdrage van zijn invallers, en geloofde dat de collectieve reactie een belangrijke stap was naar het worden van een hechter team.
"Ik wil de spelers die inkwamen feliciteren, want van Gnonto tot Pedro, Valdepeñas en Beto, zij reageerden toen ze werden ingeschakeld," zei Vanoli.
"Dat maakt het moeilijk voor de coach, maar het helpt ons ook om een team te worden. In drie wedstrijden waren we heel dichtbij een overwinning, en deze zege moet ons veel vertrouwen geven."
Vanoli erkende dat de eerste helft teleurstellend was, met beide teams die nerveus leken en moeite hadden om de controle te nemen.
"Ik ben het eens over de eerste helft. Ik verwachtte dat het op sommige manieren zo zou zijn, met twee teams die bang waren en op zoek waren naar een resultaat. Met een jong team is het soms moeilijk om mentaal te herstellen, maar ze waren goed in het blijven bij de wedstrijd."
Hij was ook bemoedigd door de manier waarop Fiorentina reageerde ondanks de problemen die ze de afgelopen weken hebben ervaren.
"We hebben op het veld laten zien dat het mogelijk is. Het probleem is hoe we het doen. Ze zijn allemaal basisspelers, en vanavond hebben ze dat aangetoond. We zijn Fiorentina en we moeten Fiorentina hogerop brengen."
Vanoli waarschuwde echter dat er nog veel werk aan de winkel was, vooral defensief.
"Er is nog veel te verbeteren omdat we vanavond geen twee doelpunten mogen incasseren. We moeten het evenwicht van het team begrijpen, in beide fasen van het spel."
Aquilani was gefrustreerd door weer een defensieve ineenstorting, en drong erop aan dat zijn team bleef fouten maken waardoor het moeilijk werd om te herstellen zodra wedstrijden tegen hen keerden.
"Ik ben het eens met wat je zei. Het gevoel is precies dat: wanneer een wedstrijd een pad inslaat waar je je niet prettig bij voelt, kan alles gebeuren," zei de coach van Sassuolo.
"We hebben enkele wijzigingen aangebracht en doelpunten geïncasseerd met alarmerende eenvoud. We konden het niet corrigeren. We maken te veel fouten, en dat is wat ik niet leuk vind. Het irriteert me."
De coach gaf toe dat zijn team mentaal kwetsbaar was, vooral wanneer ze met tegenslagen werden geconfronteerd.
"Ik zie een zeer kwetsbaar team, een team dat moeite heeft wanneer het buiten zijn eigen comfortzone beweegt. Zodra er iets negatiefs gebeurt, zakken we te veel in, verliezen we kwaliteit, maken we te veel fouten en stoppen we met impact maken."
Aquilani aanvaardde ook de verantwoordelijkheid voor de situatie.
"Ik neem alle verantwoordelijkheid. Je kunt geen vier doelpunten in een wedstrijd incasseren. We moeten de realiteit onder ogen zien, en we moeten dat snel doen, anders wordt dit een lang verhaal."
Vanoli was ondertussen erop gebrand de overwinning te gebruiken als basis voor verdere verbetering in plaats van het te beschouwen als een oplossing voor de problemen van Fiorentina.
"Het team intrigeert me. Ik zal mijn best doen om de juiste vorm te vinden om te winnen, niet alleen om te vermaken. We zijn hier om te winnen, en we moeten mentaal voorbereid zijn daarop."