Geen van beide ploegen kon een doorbraak vinden in een spannende achtste finale die slechts een handvol duidelijke kansen opleverde, waarbij Gregor Kobel en Camilo Vargas beide slimme reddingen moesten maken voordat de extra tijd ook niets oploste.
Colombia kwam twee keer dichtbij om het laat te veroveren, Jhon Lucumi kopte tegen de lat uit een hoekschop voordat Jaminton Campaz over schoot uit een geweldige kans na een defensieve miscommunicatie van de Zwitsers.
De strafschoppenserie viel de kant van Zwitserland op toen Davinson Sanchez zijn poging tegen de lat knalde en Cucho Hernandez zag zijn penalty gered worden door Kobel, waardoor Ruben Vargas de winnende penalty kon inschieten en zijn ploeg doorstuurde om het op te nemen tegen wereldkampioen Argentinië op zaterdag.
Vargas, de match-winnende penaltynemer, gaf toe dat de prestatie nog niet was doorgedrongen.
"Ik denk niet dat ik het nog volledig heb gerealiseerd. Ik dank God voor dit moment. Ik was er niet eens zeker van of ik zou kunnen spelen. We hebben op de een of andere manier geprobeerd het te proberen, en als ik nu terugkijk, ben ik gewoon dankbaar en blij dat ik het team heb kunnen helpen. Het team heeft ongelooflijk hard gewerkt en meer dan 120 minuten gevochten.
"Het was vandaag niet gemakkelijk om hier voetbal te spelen. En nu hebben we geschiedenis geschreven. Het voelt gewoon geweldig."
Zwitserland miste doorbraakster Johan Manzambi, die een blessure opliep tijdens de training de dag voor de wedstrijd, nadat hij drie doelpunten en twee assists had bijgedragen in de eerste vier wedstrijden van het toernooi. Hoofdcoach Murat Yakin kreeg desondanks zijn selectie en wissels perfect, met zijn veranderingen die zowel de slotfase als de strafschoppenserie zelf vormgaven.
"Ik denk niet dat je mijn wedstrijdplan voor vandaag wilt horen, maar het werkte precies zoals we wilden. En uiteindelijk is dat wat telt," zei Yakin. "Het ging echter niet alleen daarover. Aan het begin hadden we ervaring nodig. We hadden de juiste mentaliteit nodig.
"Toen, in de tweede helft, maakten we een wissel die ons nog meer controle gaf, vooral in balbezit. En naarmate de wedstrijd vorderde, konden we ook de spelers inbrengen die we wilden voor de strafschoppenserie. Je hebt altijd een plan. Wanneer het uiteindelijk werkt, is het des te bevredigender. Natuurlijk hadden we vandaag ook een beetje geluk, en dat hoort bij voetbal."
Het is de eerste keer dat Zwitserland achtereenvolgende knockout-wedstrijden wint op een enkel wereldkampioenschap, en hun eerste optreden in de laatste acht sinds ze het toernooi in 1954 organiseerden. Colombia is ondertussen voor de tweede keer op rij uitgeschakeld op penalties op het wereldkampioenschap, nadat ze ook een strafschoppenserie verloren van Engeland in de achtste finale in 2018, en helemaal niet deelnamen aan Qatar 2022.