Los Chiefs se enfrentarán a los Philadelphia Eagles, campeones de la NFC, en la Super Bowl que se celebrará en Nueva Orleans el 9 de febrero.
Mahomes, quarterback de los Chiefs, corrió para dos touchdowns y lanzó para otro al triunfar de nuevo en su duelo con Josh Allen, de Buffalo-quien lanzó dos touchdowns en otra agónica derrota ante los Chiefs-.
Kansas City ahora ha arruinado los sueños de los Bills en cuatro de las últimas cinco postemporadas - dos veces en el campeonato de conferencia.
Después de que Harrison Butker anotara un gol de campo de 35 yardas a falta de 3:33, Allen recuperó el balón sabiendo que un touchdown enviaría a su equipo al espectacular campeonato de la NFL por primera vez desde 1993.
Pero la defensa de los Chiefs se mantuvo firme y luego Mahomes, en busca de su cuarta victoria en el Super Bowl, hizo el primer down crucial para asegurar la victoria.
"Estoy muy orgulloso de mis compañeros y de cómo respondieron. Ese fue un gran equipo de fútbol americano, y simplemente, me he quedado sin palabras... Estoy emocionado por Nueva Orleans", dijo Mahomes.
"Creo que siempre lo he dicho. No se trata de un tipo. No se trata de un par de chicos. Se trata de todo el equipo entero", añadió Mahomes."Y cuando necesitamos que la defensa haga paradas, las hicieron. En ataque, hicimos jugadas. Por eso somos tan especiales, porque es un esfuerzo de equipo".
Animados por Taylor Swift, la cantante pop novia del ala cerrada de los Chiefs Travis Kelce, los locales se adelantaron en el primer cuarto con un TD de carrera de 12 yardas de Kareem Hunt.
Los Bills respondieron con contundencia con un gol de campo de Tyler Bass de 53 yardas, seguido a principios del segundo cuarto por una anotación a la carrera de James Cook de seis yardas que puso a los Bills 10-7 arriba.
Otra victoria
Pero entonces los Chiefs encendieron el estilo con Mahomes mostrando toda su clase para encontrar a Xavier Worthy con un pase de touchdown de 11 yardas.
La carrera de touchdown de una yarda del quarterback puso a los Chiefs 11 puntos arriba.
Sin embargo, la actitud de Buffalo de no rendirse nunca se hizo evidente de nuevo, con Allen conectando con Mack Hollins en una anotación de 34 yardas antes de que Cook pusiera a Buffalo 22-21 arriba.
Un touchdown característico de Mahomes, con un pase falso seguido de una poderosa carrera hacia la esquina para un touchdown de buceo, fue seguido por una exitosa conversión de dos puntos con un pase perfectamente flotado a Justin Watson y los Chiefs estaban de nuevo arriba por siete.
Una vez más Allen respondió, encontrando a Curtis Samuel con un pase de 4 yardas para empatar el partido a 29-29.
Luego vino la patada de Butker y la defensa de los Chiefs hizo el resto, dejando a Allen abatido y a Mahomes con una oportunidad para la historia.
"Tengo mucho respeto por Josh, tío. Es un verdadero competidor, un verdadero guerrero, un gran jugador de fútbol americano", dijo Mahomes.
"Siempre bajan al alambre", dijo."Por suerte, esta vez estábamos en el lado ganador".
El entrenador de los Chiefs, Andy Reid, sugirió que su equipo ahora tenía que centrarse en vencer a los Eagles y dejar de lado todo el bombo que rodeará el "three-peat".
"Todavía se reduce al juego y la pureza del juego y cada jugada y cómo lo manejas", dijo Reid.
"Y así no te sales demasiado de esa caja. Sólo te concentras en el oponente y en lo que tienes que hacer contra ellos."