Den amerikanske stjernen Scheffler fikk syv fugler mot en enkelt bogey for å skyte seks under par 64, mens Englands Fitzpatrick fikk fem fugler før en kontroversiell avsluttende bogey forlot ham på 66 på Olympia Fields i forstaden Chicago.
Det ga dem 11 under 199 etter 54 hull i den nest siste FedEx Cup-sluttspillet, hvor de sesongens beste 30 poeng kvalifiserer seg til neste ukes Tour Championship i Atlanta.
«Jeg spilte det som føltes som et stort triks,» sa Scheffler. «Vinden svirret rundt en gruppe der… men jeg gjorde en god jobb da jeg kom i trøbbel, jeg kom meg ut og det korte spillet mitt var veldig bra.»
Amerikaneren Brian Harman, vinneren av British Open forrige måned, ble tredje av 200 etter 67 med landsmannen Max Homa, som satte banerekorden på fredag med en karriere-lav PGA 62, fjerde av 201 etter 71.
Den forsvarende FedEx Cup-mesteren Rory McIlroy, en fire ganger major-vinner fra Nord-Irland, skjøt 67 for å dele femteplassen av 201 med Norges Viktor Hovland, som skjøt 65.
Fitzpatrick, som ledet med ett slag, reddet par fra en green sidebunker på 17, men på 18 fant en fairwaybunker og roughen venstre, der han sa at en fairwaymarskalk «stod på halvparten» på ballen.
«Jeg sto ikke helt på den, men jeg børstet den definitivt av fordi du kunne se at gresset var helt malplassert,» sa Fitzpatrick.
«Det satt definitivt lavere enn da jeg kom inn. De har ikke sett det, og de kan ikke bekrefte det, så jeg hadde ikke tenkt å kjempe for det, egentlig.»
I stedet slo han inn i fairwayen og gikk opp og ned til bogey back-nivå med Scheffler, og hevdet at hans tredje skudd var påvirket.
«Ikke en annen vinkel, men det ble bare tungt,» sa Fitzpatrick. «Hvis han sitter litt lettere, kommer han litt bedre ut på greenen – det er litt mindre stressende bogey enn det jeg hadde.»
Det var en vanskelig dag for lederne.
Homa slo bird på andre og fjerde hull for å utvide ledelsen, men ble angret av en trippel bogey på det syvende – det tok fire til greenen og tre putter fra 13 fot.
Da Harman bogeyerte på den niende til tross for at han fant en fairwaybunker, falt han i en treveis delt ledelse med Homa og Fitzpatrick.
Harman fikk 10 birdier for å ta ledelsen, men 2022 Masters-vinner Scheffler, vinner av årets Players Championship, startet de ni bakerste med tre birdies, den siste og lengste på 13 fot, for likestillingen på 10 under.
Det var da Fitzpatrick ladet, og senket en 14-fots birdie-putt på par-3 13., en 21-foter på par-5 14 og en firefoter på par-5 15. etter et utmerket redningsskudd fra venstre trær til gjenvinne ledelsen etter Scheffler birdie 15.
McIlroy Booths
McIlroy, som kan passere Scheffler som nummer én med seier, fikk fire birdier på de første seks hullene, men snublet med bogeys på ni og 10 og endte med fire på drift.
«Jeg fikk en god start, gjorde noen fine putter tidlig, og stoppet på en måte i midten av runden,» sa McIlroy. «Jeg kunne vært et par nærmere toppen, men totalt sett fornøyd med måten jeg spilte på.»
Amerikaneren Sam Burns satte Homas banerekord med 62 uten bogey til å stå på 203.
«Jeg vil bare gå ut dit og spille med selvtillit, spille fri og se hva som skjer,» sa Burns.
Amerikaneren Lucas Glover, 2009 US Open-mesteren som vant PGA-titler de siste to ukene, var sju på drift etter 69.
Amerikaneren Patrick Cantlay, nummer fire på stillingen, og to ganger forsvarende BMW-mester, skjøt 71 for å stå på 207.
BMW er det siste amerikanske kvalifiseringsarrangementet for neste måneds Ryder Cup, med seks plasseringer som skal avgjøres på poeng på søndag.
«Typisk zombieaholic. Generell twitterfanatiker. Matfanatiker. Gamer. Unapologetisk analytiker.»