El francés William Gallas y el inglés Jermain Defoe dieron la vuelta al marcador al inicio de la segunda parte, después de que Gary Cahill adelantara al Chelsea a los 17 minutos del encuentro.
Mata, sin embargo, no necesitó más de tres minutos para definir dos tantos (en el 66 y el 69) que devolvían la ventaja al Chelsea, que queda con siete puntos de diferencia al frente de la Premier, a la espera de que el Manchester City y el United disputen este sábado sus encuentros de la octava jornada.
Para concluir su demostración de calidad esta tarde, Mata recuperó un balón al filo del minuto 90 y creó una jugada que sirvió para que el inglés Daniel Sturridge asestara el cuarto a los "Spurs".
El Chelsea encaró el duelo con optimismo desde el cuarto de hora de juego, cuando Cahill empalmó un rechace equivocado de Gallas para enviar un cañonazo al centro de la meta de Brad Friedel que el estadounidense no tuvo opción de rechazar.
La desventaja en el marcador pareció dormir a los "Spurs" durante el resto de la primera parte, pero la charla de Villas-Boas en el vestuario surtió efecto y los locales saltaron al campo revolucionados en la reanudación, mientras que el Chelsea parecía haber dejado sus energías en las duchas y actuó como si ya hubiera dado el encuentro por ganado.
Poco después del saque desde el centro del campo, Gallas enmendó su error de la primera mitad al empatar el choque con un remate de cabeza a boca de gol tras un centro desde el interior del área del belga Jan Vertonghen.
Las gradas de White Hart Lane, abarrotadas con 35.000 espectadores, celebraron al tanto que equilibraba el derbi de Londres entonando al unísono el clásico "gospel" que popularizó Louis Armstrong en la década de 1920 "When the Saints are Marching In", que los hinchas locales suelen cantar sustituyendo "Saints" por "Spurs".
Encendidos, los de Villas-Boas continuaron poniendo contra las cuerdas a los "blues" y en apenas nueve minutos marcaron de nuevo para darle de vuelta al duelo.
El internacional inglés Aaron Lennon llegó con el balón controlado al costado derecho del área de Petr Cech y coló un pase cruzado a la zona del punto de penalti que recogió su compañero de selección Jermain Defoe, con vía libre para batir al arquero checo sin complicaciones.
El júbilo en White Hart Lane no duró sin embargo más de diez minutos, el tiempo que tardó Gallas en volver a despejar un balón hacia una zona peligrosa donde esperaba Mata, que no dudó en definir con un disparo raso que superó el bosque de piernas que poblaba el área y dejó a Friedel clavado en la línea de gol.
El español supo aprovechar los momentos de confusión en los "Spurs" tras recibir el empate, e inició en el 68 una jugada en el centro del campo que él mismo culminó con el tercer gol de su equipo tras recibir un pase largo del belga Eden Hazard.
Al filo del 90, Mata volvió a erigirse como protagonista del duelo al recuperar un balón en la banda derecha, correr hacia el área rival y firmar un pase que habilitó a Sturrdige para sentenciar el encuentro.