Värdarna tog ledningen när Ryan Flynn körde mot lådan och rullade in i nedre hörnet.
Nordirland strejkaren Will Grigg planade för Wigan efter ett hörn inte rensas, innan besök försvararen Jake Buxton såg rött för en sen tackling.
League One's Oldham återfick ledningen när Josh Law borrade i sitt första mål sedan han gick med i försäsongen.
Matchändar, Oldham Athletic 2, Wigan Athletic 1.
Andra halvlek, Oldham Athletic 2, Wigan Athletic 1.
Hörnet, Oldham Athletic. Förföljd av Donervon Daniels.
Foul av Ryan Flynn (Oldham Athletic).
Donervon Daniels (Wigan Athletic) vinner en frispark i defensiva halvan.
Försök missade. Jake Cassidy (Oldham Athletic) huvud från mitten av lådan är nära, men missar till vänster.
Foul av Oliver Banks (Oldham Athletic).
Michael Jacobs (Wigan Athletic) vinner en frispark i anfallshalvan.
Substitution, Oldham Athletic. Jake Cassidy ersätter Lee Erwin.
Substitution, Wigan Athletic. Danny O'Brien ersätter Tim Chow.
Substitution, Wigan Athletic. Sam Cosgrove ersätter Ryan Colclough.
Hörnet, Wigan Athletic. Förföljd av Josh Law.
Mål!  Oldham Athletic 2, Wigan Athletic 1. Josh Law (Oldham Athletic) höger fotade skott från höger sida av sex yard box till nedre högra hörnet. Hjälpt av Ryan Flynn.
Hörnet, Wigan Athletic. Sammankallad av Oliver Banks.
Ryan Colclough (Wigan Athletic) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Oliver Banks (Oldham Athletic).
Försöket räddades. Ryan Flynn (Oldham Athletic) vänster fotade skott från vänster sida av sex yard box sparas i nedre vänstra hörnet.
Ousmane Fane (Oldham Athletic) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Ryan Colclough (Wigan Athletic).
Substitution, Wigan Athletic. James Barrigan ersätter William Grigg.
Försök missade. Michael Jacobs (Wigan Athletic) höger fotade skott från mitten av lådan är nära, men missar till höger.
Michael Jacobs (Wigan Athletic) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Paul Green (Oldham Athletic).
Försök missade. Cameron Burgess (Oldham Athletic) huvud från mitten av lådan är nära, men missar till höger.
Hörnet, Oldham Athletic. Förföljd av Tim Chow.
Hörnet, Oldham Athletic. Förföljd av David Perkins.
Substitution, Oldham Athletic. Oliver Banks ersätter Marc Klok.
Foul av Ousmane Fane (Oldham Athletic).
Ryan Colclough (Wigan Athletic) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Försöket räddades. Lee Erwin (Oldham Athletic) vänster fotade skott från mitten av lådan sparas i nedre vänstra hörnet.
Försöket räddades. Lee Erwin (Oldham Athletic) huvud från mitten av rutan sparas i nedre vänstra hörnet.
Försöket räddades. Josh Law (Oldham Athletic) vänster fotade skott från mitten av lådan sparas i mitten av målet.
Försök missade. Ryan Flynn (Oldham Athletic) vänster fotade skott utanför lådan är bara lite för hög.
Foul av Josh Law (Oldham Athletic).
William Grigg (Wigan Athletic) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Försök missade. Ryan Colclough (Wigan Athletic) vänster fotade skott från vänster sida av lådan är nära, men missar till vänster.
Ryan Flynn (Oldham Athletic) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Foul av Michael Jacobs (Wigan Athletic).
Michael Jacobs (Wigan Athletic) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Paul Green (Oldham Athletic).
Oldham Athletic övervann 10-mans Championship sida Wigan Athletic för att nå EFL Cup andra omgången.