En tight första halvlek såg Oliver Gildart och John Bateman gå över till hemmasidan, med Benjamin Jullien och Ryan Atkins svarar för Warrington.
Wigans två-punkts halvtid bly utplånades när Ben Currie gjorde i sin första match sedan september 2016 efter återhämta sig från en allvarlig knäskada.
Två på varandra följande Stefan Ratchford straffmål säkrade Wire en viktig bort seger.
Wigan, som hade kapten Sean O'Loughlin firar sitt 400: e framträdande för klubben, förblir fyra poäng bakom Super League topp fyra, medan Warrington seger håller liv deras smala förhoppningar om en topp-åtta avsluta med en match att spela tills Super 8s split.
De måste lita på Huddersfield förlora sina nästa två matcher och sedan slå Widnes den 20 juli för att undvika kval.
Värdarna gick vidare efter 68 sekunder när Thomas Leuluais diagonala bobbling kick plockades upp av Gildart för att gå över i vänstra hörnet, men Warrington reagerade bra och Ratchford kort pass såg Jullien tvinga sig igenom från nära håll.
Trots att Wigan utspelades i första kvartalet, gick han tillbaka framför med O'Loughlin hittade Leuluai, som befriade Bateman att springa in till höger om inläggen.
Med halvtid närmar sig, Declan Patton kick till vänster hörnet pressades ner av Tom Lineham för Atkins att minska Warringtons underskott till två poäng.
Tråd, som förlorade till Wigan i förra årets Grand Final, gick vidare som Currie dykt över från en kick genom Patton, som missade konverteringen försök att gå med två tidigare misslyckade sparkar från Ratchford.
Men Ratchford var korrekt med två på varandra följande straffmål i de senaste 20 minuterna som Warrington avslutade en fem-spel strimma utan en seger mot Warriors.
Wigan Warriors tränare Shaun Wane:
"Det var ett massivt spel, den 400: e för Lockers (Sean O'Loughlin) och vi hade massor av skäl att vinna spelet, men jag såg inte desperation.
"Vi var skyldiga honom en seger och vi fick den inte. Det är därför jag mår dåligt och är riktigt arg. Jag är besviken och det vet de.
"Hundra procent Warrington förtjänade att vinna. De hade för mycket entusiasm för oss vilket är något du inte kan öva. De hade bättre linjehastighet och sprang hårdare."
Warrington Wolves tränare Tony Smith:
"Defensivt tyckte jag att vi var enastående. Wigan kommer alltid att ställa frågor om dig, så att begränsa dem till 10 poäng var mycket bra.
"Det första försöket de gjorde var tvivelaktigt eller jag vet inte reglerna, men jag är glad att mina pojkar kunde gräva in för varandra och komma igenom."
På Ben Currie: " Bortsett från hans försök tyckte jag att han var fantastisk. Jag trodde att han gjorde allt som begärdes av honom och mer. Det visade vad en klassspelare han är, medan det alltid fanns ett behov av kick press, han var där. Han såg inte ut som om han varit ute hela året, det är skönt att ha honom tillbaka."
Wigan: S Tomkins; Marshall, Gelling, Gildart, Burgess; Williams, Leuluai; Nuuausala, McIlorum, Sutton, Isa, Bateman, O'Loughlin.
Ersättningar: Klubb, Powell, Tautai, Wells.
Warrington: Ratchford; Hiku, Pomeroy, Atkins, Lineham; Patton, Gidley; Hill, Clark, Sims, Jullien, Hughes, Cooper.
Ersättningar: Currie, Savelio, Philbin, Smith.
Domare: James Child.
Warrington höll sina förhoppningar vid liv om en plats i Super Leagues topp åtta med seger på rivaler Wigan Warriors.