Sundowns gick till Uganda leder 2-1 från förra helgens hemmaben, med Kampala City outfit bojkottas av deras bort mål.
Det var KCCA som gick vidare i andra benet av den sista-32 slipsen, lämnar de försvarande mästare bedövade.
Geoffrey Sserunkuma, som hade gjort mål i alla tre av Kampala Citys afrikanska Champions League spel under denna kampanj, nettade igen efter en halvtimme för att göra det 1-0 på dagen och 2-2 på aggregerat.
Avgörande, på grund av deras bort-mål, den strejken innebar också att om poängen förblev på det sättet, KCCA skulle kasta ut innehavarna och avancera till de sista sexton.
Värdarnas saga körde dock till ett slut tio minuter från tiden när substitut Anthony Laffor av Liberia slog bollen i nätet för att utjämna och ge Sundowns en 3-2 aggregat bly.
Det var så matchen slutade, med Laffor senare avslöja vad hans tränare Pitso Mosimane hade uppmanat honom att göra innan du kommer från bänken.
"Jag är glad att ha blivit betrodd att göra skillnaden," Laffor sade på Sundowns officiella twitter feed.
"Tränaren sa till mig att jag måste sätta mig i lådan och slåss," Liberian tillade.
På lördagen gjorde Bakry Al Madina en hatttrick som Al Merrikh i Sudan överväldigade Rivers United of Nigeria 4-0 rycka en grupp plats.
Merrikh kvalificerade 4-3 på aggregat efter en dramatisk återhämtning från en tre-mål första benförlust förra helgen i den sista-32 slipsen.
Erfarna Al Madina öppnade scoring efter åtta minuter i Omdurman och avslutade sin hatt-trick på slag av halvtid.
Substitute Mohamed Abdulrahman gjorde det fjärde sudanesiska målet 18 minuter från tiden med sin första touch av bollen.
Wydad Casablanca av Marocko, som nådde semifinalen förra året, kantade Mounana av Gabon 5-4 på straff efter att ha förlorat 1-0 i Libreville.
Hamidou Sinayoko tvingade en shootout genom att göra poäng fyra minuter i stopptid, men Zouheir Laaroubi räddade den tredje Gabonese spot-kick.
De andra marockanska utmanarna, FUS Rabat, besegrade Al Ahly Tripoli i Libyen 3-1.
Efter Brahim El Bahri säckade en tandställning för att ge FUS en två-mål bly av pausen, Mouayad Ali halverade underskottet tre minuter in i den andra halvan.
USM Alger of Algeriet, 2015 löpare-up, säkrade en grupp slot trots att spela 65 minuter med 10 män i en 1-0 nederlag av Rail Kadiogo i Burkina Faso.
Amir Sayoud, som gjorde i en 2-0 första benvinst av USM, skickades iväg efter två gula kort och Mohamed Kahan gjorde Kadiogo mål på 53 minuter.
Förhoppningarna om att en madagaskisk klubb för första gången skulle nå gruppscenen grusades när CNAPS Sport hölls 1-1 av Coton Sport i Kamerun i Antananarivo.
Coton tog en 1-0 första ben bly och fördubblade sin totala fördel när Souleymanou Moussa slog på timme märket.
Zanaco i Zambia var ett annat lag att göra framsteg, även om de bara kunde dra 0-0 med unga afrikaner i Tanzania i Lusaka.
Zambianerna vann på bort mål efter att ha ritat 1-1 i Dar es Salaam för en vecka sedan.
Ytterligare nio andra ben är planerade till söndag.
Den afrikanska Champions League titelägare, Mamelodi Sundowns i Sydafrika, överlevde ett skrämsel i Kampala på lördagen när de drog 1-1 på KCCA för att gå vidare till gruppfasen av årets tävling.