Gustav Danielsson blev matchhjälte med sitt avgörande 3-2-mål efter 90 minuter.
Katrineholms AIK tog en tidig ledning. Isak Östergren gjorde målet, redan i elfte minuten.
Vadsbro kvitterade till 1-1 tidigt i matchen, genom Vahab Ahmadi, i 13:e minuten.
Katrineholms AIK tog ledningen efter en halvtimmes spel, genom Rasmus Rytter Carpman. Det dröjde till den 74:e minuten innan Almedin Hellberg Zemanic kvitterade för Vadsbro.
Det matchavgörande målet kom i 90:e minuten, när Gustav Danielsson gjorde 3-2 för Katrineholms AIK. 3-2-målet blev matchens sista.
Katrineholms AIK har tre segrar och två förluster på de senaste fem matcherna, medan Vadsbro har två vinster och tre förluster. Förlusten var Vadsbros tredje uddamålsförlust.
Katrineholms AIK:s nya tabellposition är andra plats, medan Vadsbro är på sjätte plats.
I nästa match möter Vadsbro Björkvik hemma på söndag 10 juli 17.00.