Nicky Clark hade gått nära Pars med en rubrik innan han slog Robbie Thomson med ett lågt skott på 35 minuter.
Aaron Muirhead jämnades ut från straffplatsen och Falkirk fick ytterligare skjuts när Dunfermline ersättare Lewis Martin skickades iväg för en foul.
Nathan Austin kom från bänken för att ta hem vinnaren för besökarna.
Clark hade sett skarp ut i början av matchen och hade tvingat Thomson att dyka full längd till höger för att koppla en huvudansträngning på 13 minuter.
Men Thomson blev slagen vid sin avlägsna post när Clark slog ett skott över mål från 16 meter för att ge Pars en halvtid ledning.
Men matchen uppstod till liv efter pausen.
Myles Hippolyte, som hade ersatt Mark Kerr två minuter tidigare, sänktes i lådan av Parskeeper Sean Murdoch när han sträckte sig efter den lösa bollen. Murdoch var inbokad för sina protester på domaren Gavin Duncan beslut och sedan subbed på grund av skada, med David Hutton ta över i mål.
Hemsidan reducerades till 10 män när Martin, som hade varit på i bara tre minuter, var rödkortad för downing John Baird som han på väg mot mål.
Men det var en annan substitut som hade sista ordet på spelet när, med 20 minuter kvar, Austin fann sig fri vid den avlägsna inlägget att leda en Craig Sibbald kors över linjen.
Dunfermline skrapade kraftigt för att dra sig tillbaka in i matchen, men Falkirk, med numerisk fördel, såg alltid kapabel på pausen och höll på att ta poäng.
Matchändar, Dunfermline Athletic 1, Falkirk 2.
Andra halvlek, Dunfermline Athletic 1, Falkirk 2.
Jason Talbot (Dunfermline Athletic) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Föl av John Baird (Falkerk).
Hörnet, Falkirk. Förföljd av David Hutton.
Foul av Kallum Higginbotam (Dunfermline Athletic).
James Craigen (Falkerque) vinner en frispark på vänsterkanten.
David Hopkerk (Dunfermline Athletic) visas det gula kortet.
David Hopkerk (Dunfermline Athletic) har gått ner, men det är ett dyk.
Foul av Kallum Higginbotam (Dunfermline Athletic).
Nathan Austin (Falkerque) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Försöket räddades. David Hopkerk (Dunfermline Athletic) höger fotade skott från utsidan boxen sparas i nedre högra hörnet.
Ersättning, Falkirk. Joe McKee ersätter Tom Taiwo.
Nathaniel Wedderburn (Dunfermline Athletic) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Nathan Austin (Falkerk).
Hörnet, Falkirk. Förföljd av Andrew Geggan.
Foul av Rhys McCabe (Dunfermline Athletic).
James Craigen (Falkerque) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Lee Ashcroft (Dunfermline Athletic) vinner en frispark i defensiva halvan.
Ful av Myles Hippolyte (Falkerk).
Andrew Geggan (Dunfermline Athletic) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Ful av Myles Hippolyte (Falkerk).
Försök missade. Lee Ashcroft (Dunfermline Athletic) huvud från mitten av lådan missar till höger efter ett hörn.
Hörnet, Dunfermline Athletic. Sammankallad av Peter Grant.
Aaron Muirhead (Falkerque) visas det gula kortet för en dålig foul.
David Hopkerk (Dunfermline Athletic) vinner en frispark i defensiva halvan.
Foul av Aaron Muirhead (Falkerk).
Försök blockerat. David Hopkerk (Dunfermline Athletic) höger fotade skott från mitten av lådan är blockerad.
Hörnet, Dunfermline Athletic. Sammankallad av James Craigen.
Nathaniel Wedderburn (Dunfermline Athletic) vinner en frispark på högerkanten.
Foul av Nathan Austin (Falkerk).
Försök missade. Andrew Geggan (Dunfermline Athletic) header från vänster sida av sex yard box är bara lite för hög efter en set bit situation.
Foul av Luke Leahy (Falkerk).
Paul McMullan (Dunfermline Athletic) vinner en frispark i defensiva halvan.
Mål!  Dunfermline Athletic 1, Falkirk 2. Nathan Austin (Falkerk) huvud från mitten av lådan till nedre högra hörnet. Hjälpt av Craig Sibbald.
Ersättning, Falkirk. Nathan Austin ersätter Lee Miller.
Försök missade. Craig Sibbald (Falkerque) vänster fotade skott från en svår vinkel till vänster är för hög.
Hörnet, Falkirk. Förföljd av David Hutton.
Försöket räddades. John Baird (Falkerque) vänster fotade skott från vänster sida av lådan sparas i nedre vänstra hörnet.
Försöket räddades. Craig Sibbald (Falkerque) vänster fotade skott från utsidan boxen sparas i mitten av målet.
Battling Falkirk höll sitt grepp på andra plats i mästerskapet med två andra hälften mål som sjönk 10 Man Dunfermline.