Der skulle en scoring i overtiden til, før England vandt sin første kamp ved EM, da Wales var modstanderen i den franske by Lens.
Daniel Sturridge blev matchvinder med et mål to minutter inde i overtiden, hvor Liverpool-angriberen med et kort aftræk sendte bolden ind i det korte hjørne.
Målet kom på et tidspunkt, hvor Wales havde kæmpet og kæmpet for at hente det ene point i naboopgøret i gruppe B.
Inden det afgørende mål i overtiden havde England dog haft chancer nok til at sikre sig en noget mere komfortabel sejr.
Raheem Sterling burde allerede have sparket England foran efter seks minutter på et fint indlæg af Adam Lallana, men Manchester City-stjernen ramte bolden forkert og brændte muligheden tæt på mål.
Englands centrale forsvarsduo Gary Cahill og Chris Smalling havde også muligheder på dødbolde, men ingen af dem kunne heade bolden i nettet.
I stedet slog Wales til på en dødbold tre minutter før pausefløjtet.
For anden gang scorede Gareth Bale direkte på et frispark, og for anden gang var det egentlig ikke et specielt godt spark af Real Madrid-profilen.
Englands målmand Joe Hart så ikke skarp ud i situationen og nåede kun at få lappen på bolden, der skruede ind i midten af målet helt nede ved jorden.
Wales spillede ofte med fem mand i den bageste forsvarskæde, og englænderne havde generelt store problemer med at nedbryde den walisiske defensiv.
I anden halvleg skiftede Roy Hodgson, Englands landstræner, både Raheem Sterling og Harry Kane ud. Ind kom Daniel Sturridge og Jamie Vardy. Det skulle vise sig at være en god idé.
Indskiftede Vardy slog til efter 56 minutter, da Leicester-topscoreren udlignede til 1-1 efter stor forvirring i det walisiske forsvar.
Det var faktisk Wales-anfører Ashley Williams, som kom til at heade Vardy fri til scoring, og derfor var der ikke offside.
Wayne Rooney havde et giftigt skud fra kanten af feltet, men Wales holdt på heroisk vis stand på dette tidspunkt af kampen.
Men siden slog Sturridge til med målet i overtiden foran grædende walisiske tilskuere.
Med sejren fører England nu gruppe B med fire point efter to kampe, mens Wales og Slovakiet har tre point. Rusland er placeret på sidstepladsen med et point.
/ritzau/