Danni Jordan hittade nätet för walesiska med bara en minut kvar, för att göra slutresultatet 2-1 i Glasgow i den slutliga Test av serien.
Phoebe Richard hade utjämnat strax före halvtid i ett svårt möte efter Fiona Burnet hade öppnat poäng för värdarna.
Wales tar serien 3-0 efter att ha slagit Skottland 2-1 och 1-0 tidigare.
Den dramatiska serievinsten var ett passande sätt för försvararen Tina Evans att fira att hon vunnit sin 100:e kapsyl för Wales.
"Vi är helt glada med tanke på Skottland rankas betydligt högre än oss i världen ranking," Evans sade.
"Vi visste att det skulle bli ett riktigt svårt test för oss men vi är väldigt nöjda med hur vi har presterat för att få tre riktigt bra resultat.
"Vi kom hit med höga förväntningar och förmodligen överträffar dem men vi är glada över föreställningarna och resultaten vi har fått.
"Det var en riktigt speciell dag och det var verkligen fantastiskt att kapten idag och för flickorna att komma in och sätta in den enorma ansträngningen gör mig verkligen chockade och upphetsad för vad framtiden innehar."
Wales är för närvarande rankad 26 i världen och förbereder sig för EM i Cardiff i augusti, så kommer att njuta av en viktig serie seger över 17: e-rankade Skottland.
Ta reda på hur du kommer in i hockey med vår speciella guide.
Wales kvinnor hockey kom bakifrån för att slutföra en tre-Test vitkalk över sina skotska motsvarigheter.