Chef Gary O’Neil bestand darauf, dass die Wolves nach der Buchung eines FA-Cup-Black-Country-Derbys gegen West Brom konzentriert bleiben müssen.
Matheus Cunhas Elfmeter besiegte Brentford am Dienstag mit 3:2 nach Verlängerung und schickte die Wolves in die vierte Runde.
Nelson Semedo und Nathan Fraser schlugen nach Toren von Nathan Collins und Neal Maupay in einem unterhaltsamen Wiederholungsspiel zweimal für die Gastgeber zurück.
Die Wolves reisen nun am 28. Januar zum ersten Black Country-Derby seit drei Jahren zu den Hawthorns – und zum ersten Mal seit 2012 mit anwesenden Fans.
„Als wir weggingen, dachte ich an Brighton (in der Premier League). Ich verstehe, dass die Fans aufgeregt sein werden, es wird eine tolle Atmosphäre sein, es wurde schon eine Weile nicht mehr mit Fans gespielt“, sagte O’Neil.
„Ich kann es kaum erwarten, das Team dorthin zu führen und zu sehen, ob wir wieder Fortschritte machen können. Es steht ein Premier-League-Spiel an und ich habe eine sehr kleine, müde Gruppe, mit der ich etwas arbeiten kann, bevor wir nach Brighton fahren.
„Ich habe gemischte Gefühle hinsichtlich der Leistung, freue mich aber über den Sieg. Die Jungs haben in den beiden Spielen unglaublich hart gearbeitet. Wir haben darüber gesprochen, den FA Cup ernst zu nehmen, wir haben in Brentford nur noch 10 Spieler, und heute Abend wurde es für uns etwas unangenehm.
„Den Spielern gebührt Anerkennung dafür, wie sie das gesamte Duell angegangen sind. Wir haben Brentford ein wenig Auftrieb gegeben, indem wir ihnen zwei verrückte Tore geschossen haben.“
Collins, der im Sommer für 23 Millionen Pfund von den Wolves nach Brentford wechselte, erzielte nach 13 Minuten den ersten Treffer, als er nach einem parierten Schuss von Kristoffer Ajer einschob.
Semedo und Pablo Sarabia waren nah dran, bevor Semedo nach 36 Minuten den Ausgleich erzielte, als er nach Thomas Strakoshas erstem Kopfball parierte.
Brentford kam jedoch zurück und Maupay stellte sechs Minuten nach Beginn der zweiten Halbzeit nach einer VAR-Prüfung auf Abseits die Führung wieder her.
Doch 17 Minuten vor Schluss glichen die Wolves erneut aus, als Fraser drei Minuten nach seiner Einwechslung in die Ecke bohrte.
Es begann die Verlängerung, und Jose Sa lenkte einen Schuss von Shandon Baptiste an den Pfosten, bevor Cunha in der Nachspielzeit des ersten Drittels den Ball gewann, als Pedro Neto im Strafraum zu Fall kam.
Brentford wird nun Ivan Toney zur Verfügung haben, wenn seine achtmonatige Sperre wegen Wettverstößen am Mittwoch endet.
Chef Thomas Frank sagte: „Es ist zweifellos gewaltig. Es ist, als würde man einen Premier-League-Stürmer verpflichten, der 20 Tore schießen kann, weil er es bewiesen hat.
„Jede Mannschaft würde sich freuen, einen so guten Spieler wie ihn zu verpflichten. Ivan ist ein Spitzenspieler, aber er ist auch sehr gut darin, die gesamte Mannschaft besser zu machen.
„Heute Abend haben wir vieles richtig gemacht. Die erste Halbzeit war von unserer Seite etwas direkt. Mit der zweiten Halbzeit und der Verlängerung war ich sehr zufrieden. Generell haben wir viel Mühe in das Spiel gesteckt und hätten gewinnen können.
„Das Spiel wurde durch einen Elfmeter entschieden, den es meiner Meinung nach nicht gibt. Ben (Mee) schlug den Ball deutlich in Netos Füße. Es ist schwierig, einen Anruf zu tätigen, aber leider kann ich das nicht ändern.“