Sunderland och Newcastle möttes för första gången sedan 2016 när FA-cupen gick in i sin tredje omgång.
Alexander Isak spelade från start för gästerna, som central anfallare mellan Anthony Gordon och Miguel Almiron.
I tävlingssammanhang hade lagen mötts 156 gånger. Sunderland hade vunnit 53 - Newcastle exakt lika många. 50 hade slutat oavgjort.
Sunderland ligger sexa i Championship och har inte spelat i högsta serien sedan säsongen 2016/2017. Newcastle är nia i Premier League.
Det pulserade både på planen och på läktaren inledningsvis. Isak föll i straffområdet och ropade på straff i den 30:e minuten, men fick den inte.
Fem minuter senare kom ändå ledningsmålet. Sunderlands Daniel Ballard stötte olyckligt in bollen i eget mål - 1-0 till Newcastle.
Ballard blev därmed den förste spelaren att göra självmål i detta derby sedan Demba Ba i oktober 2012.
Andra halvlek hann knappt börja förrän Isak uttökade ledningen efter en bjudning av hemmalagets Pierre Ekwah.
Almiron snappade upp bollen från Ekwah och frispelade Isak som enkelt kunde skicka in 2-0 med vänstern och fira med fansen bakom mål.
- Det finns ingen chans i världen att Alexander Isak missar det läget. Nu har Sunderland ett berg att bestiga, säger förre skotske yttern Pat Nevin till BBC.
Sunderland fick samtidigt kritik för sitt försvarsspel.
- Jag hade gärna velat höra vad Roy Keane tycker just nu om Sunderlands passningar från backlinjen, säger experten Ally McCoist enligt BBC.
Isaks tre senaste bortamål för Newcastle har kommit mot Paris Saint-Germain, Liverpool och nu alltså mot Sunderland i derbyt.
Den svenske landslagsanfallaren fortsatte att vara het - på flera sätt. En bit in i andra kom han till Gordons undsättning efter att denne fått tröjan dragen av Trai Hume.
Isak knuffade undan Sunderland-försvararen, men klarade sig undan ett gult kort. Kortet fick i stället Gordon.
Hemmalaget hotade med farliga distansskott, men i stället kunde Newcastle göra 3-0 på straff i den 90:e minuten. Målskytt? Alexander Isak.
Anfallaren tryckte säkert in bollen och satte båda händer mot öronen. Sedan knöt han näven och höjde den - och Newcastle hade vunnit med 3-0.
"Hade först inte så många chanser, och blev nekad en straff i första halvlek. Gav sedan Newcastle kontroll med ett enkelt avslut till 2-0, och behöll sitt lugn vid straffpunkten till 3-0", skriver den engelska lokaltidningen The Shields Gazette, som ger Isak en åtta i betyg.
Startelvor
Sunderland (4-2-3-1): Patterson; Hume, Ballars, O'Nien, Alese; Neil, Ekwah; Pritchard, Bellingham, Clarke; Rusyn
Newcastle (4-3-3): Dubravka; Trippier, Schär, Botman, Burn; Longstaff, Guimaraes, Joelinton; Almiron, Isak, Gordon