Demba Ba hoppade för att sätta Blues framåt med en avböjd skott och Eden Hazard lagt en sekund före pausen, uppföljning upp när Ramires träffade baren.
Saints skapade lite tills Rickie Lambert kom från bänken för att gå hem Nathaniel Clyne kors.
Jason Puncheon jämnades med marken när han slog sönder Luke Shaws kors och Southampton lämnade med en osannolik dragning.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Chelsea har nu vunnit bara en av sex hemmamatcher på Stamford Bridge under Benitez och för den tredje på varandra följande hemmamatchen ringde buon ut i sista visselpipan.
Det var lätt att förstå hemfansens frustrationer. Detta var ett spel som de till synes hade slagit in på halvtid trots att missa flera chanser men de var skakade av Lambert introduktion och omedelbar påverkan.
Ba kunde ha säker på de punkter när han volleyed över i den andra halvan men slarvigt försvara gav Puncheon utrymme för sin explosiva finish, vilket lämnar Chelsea 13 poäng bakom ledare Manchester United, med 16 matcher kvar.
Hem: P6 W1 D3 L2 F10 A5
Borta: P7 W6 D0 L1 F21 A7
Resultat i Premier League, FA Cup och Capital One Cup, exklusive World Club Championship eller Champions League.
Det var bara tredje gången i 90 hemmamatcher i Premier League-eran som Chelsea hade kapitulerat en 2-0 halvtid bly, en halka särskilt olägligt ur Benitez synvinkel med tanke på nyheten om Pep Guardiola tidigare på dagen.
Tillkännagivandet att det långsiktiga Chelsea ledningen målet är att ta hand om Bayern München nästa sommar kan ha varit dåliga nyheter för Blues ägare Roman Abramovich, men säkert representerar ett fönster av möjligheter för hans tillfälliga chef.
Om Benitez är att stanna längre än slutet av denna kampanj, då resultaten kommer utan tvekan att spela mer roll än vad de fans som har motsatt sig hans utnämning från början.
För tillfället går båda emot honom på hemmaplan. Benitez har hävdat att detta beror på besöksgruppernas taktik snarare än en reaktion på den ofta skymfande atmosfären, men mot Southampton var det dåligt att avsluta - och försvara - det var skulden.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Chelsea var bekväm vid pausen, ta ledningen genom Bas instinktiva finish från Cesar Azpilicueta kors och fördubbla den när Hazard imponerande avled en studsande boll från kanten av området efter Ramires hade slagit i baren.
Men hemmasidan fick ett oförskämt uppvaknande när Saints främsta målskytt Lambert, lämnade på bänken medan hans sida såg för att försvara djup och motattack innan halvtid, kallades till ett räddningsuppdrag.
Det tog Lambert, den ledande engelske målskytten i topp divisionen, exakt två minuter och 47 sekunder att meddela sin ankomst i spelet, driver hem hans huvud för hans 10: e mål för en produktiv kampanj.
Chelsea kunde fortfarande ha gjort poäng säker, med Ba missa målet helt efter att han sprang vidare till Juan Mata utmärkt klippt pass, men det var Saints som hade sista ordet som de förlängde sin obesegrade ligan köra till fem matcher.
Shaw gjorde razzia framåt längs vänster flank och hans kors fick studsa över kanten av området, där det möttes av Puncheon för att ta en touch och skjuta en superb attack förbi den hjälplösa Cech.
Chelsea interim manager Rafael Benitez: "Vi borde ha vunnit.
"Vi tog inte våra chanser när vi hade dem. Vi hade situationer där vi kunde göra mål. Vi gjorde det inte och de bröt mot en motattack. Vi gav dem hopp om att de kunde göra mål och de gjorde det.
"Jag pratade med laget på halvtid, försöker säga "vi måste göra mål ett tredje mål".
"Jag tror för oss att vi inte kan vara glada att rita hemma. Jag är besviken.
Southampton manager Nigel Adkins: "Vi kom med en spelplan för att vara kompakt och frustrera oppositionen.
"Det var ett stort samtal att lämna Rickie Lambert ute men vi ville se till att vi var i spelet.
"Vid halvtid var det 2-0 och jag sa, "håll dig till spelplanen". Om vi hade jagat den så hade vi kunnat få en poänglinje som Aston Villa, som medgav åtta här.
"Vi höll fast vid det. Rickie kom på och gjorde mål och vilket fantastiskt mål det var för den andra.
Heltid Domaren avslutar spelet.
Domaren blåser för offside mot Ashley Cole.  Artur Boruc startar om spelet med den fria kicken.
Ett kors levereras av Fernando Torres.
Bollen levereras av Juan Mata, klarering av Maya Yoshida.
Bollen skickas över av David Luiz, Jos Hooiveld lyckas göra en klarering.
Bollen levereras av David Luiz.
Gratis kick som delas ut för en foul av Nascimento Ramires på Gaston Ramirez. Gaston Ramirez producerar ett skott på mål direkt från frispark, blockeras av Fernando Torres.
Juan Mata korsar bollen, Jos Hooiveld gör klartecken.
Luke Shaw utmanar Fernando Torres orättvist och ger bort en frispark. Frispark tagen av Juan Mata.
Rickie Lambert erkänner en frispark för en foul på David Luiz. Petr Cech tar gratisspark.
Gratis kick utdelas för en orättvis utmaning på Gaston Ramirez av Fernando Torres. Direkt frispark tagen av Jos Hooiveld.
Gaston Ramirez ger gratis kick för en foul på Emboaba Oscar. Petr Cech startar om spelet med den fria kicken.
David Luiz passerar bollen, klartecken gjort av Luke Shaw.
Fernando Torres har en insats på mål från kanten av lådan som missar till höger om målet.
Den biträdande domaren flagga för offside mot Demba Ba. Frispark tagen av Artur Boruc.
Jos Hooiveld korsar bollen in från frispark, bekväm räddning av Petr Cech.
Bokning David Luiz bokad för osportande beteende.
Orättvis utmaning på Gaston Ramirez av David Luiz resulterar i en frispark.
Fernando Torres skjuter. Blockerad av Jos Hooiveld.
Demba Ba producerar en volleyerad högerfotad skott från 18 meter.
Gaston Ramirez ger bort en frispark för en orättvis utmaning på Nascimento Ramires. Juan Mata tar direkt frispark.
Hörnet från höger by-line taget av Juan Mata, Jos Hooiveld gör en klarering.
Foul av Fernando Torres på Jack Cork, frispark belönad. Jos Hooiveld startar om spelet med den fria kicken.
Substitution Frank Lampard går av och Fernando Torres kommer på.
Bollen är svängd över av Luke Shaw, David Luiz lyckas göra en klarering.
Frispark belönad för en orättvis utmaning på Jason Puncheon av David Luiz. Gaston Ramirez korsar bollen från frispark, klarering gjord av Nascimento Ramires.
Nascimento Ramires befläckad av Gaston Ramirez, domaren ger en gratis kick. Skottet kommer från David Luiz från frispark.
Hjälp av Gaston Ramirez.
Mål!  - Jason Puncheon - Chelsea 2 - 2 Southamp'n Jason Puncheon gör mål från precis innanför straffområdet till övre vänstra hörnet av målet. Chelsea 2-2 Southampton.
Direkt frispark tagen av Ashley Cole.
Substitution Guly Do Prado går av och Gaston Ramirez kommer på.
Richard Chaplow erkänner en frispark för en foul på Eden Hazard.
Corner taget av Jason Puncheon, Petr Cech gör en bekväm räddning.
Rickie Lambert skjuter. David Luiz får ett kvarter in.
Orättvis utmaning på Juan Mata av Maya Yoshida resulterar i en frispark. Strike on mål kommer in från Frank Lampard från frispark.
Bollen korsas av Jason Puncheon, klarering gjord av Gary Cahill.
Domaren blåser för offside. Indirekt frispark tagen av David Luiz.
Skjuten från djupt inne i området av Demba Ba rensar ribban.
Foul av Morgan Schneiderlin på Frank Lampard, frispark belönad. Frispark tagen av Nascimento Ramires.
Direkt frispark tagen av Maya Yoshida.
Ersättning Richard Chaplow ersätter Steven Davis.
Emboaba Oscar ger bort en frispark för en orättvis utmaning på Jason Puncheon.
Ashley Cole producerar en borrad vänsterfotad skott från 12 yards. Jason Puncheon får ett kvarter in.
Jack Cork utmanar Emboaba Oscar orättvist och ger bort en frispark. Direkt frispark tagen av Emboaba Oscar.
Ashley Cole skickar in ett kors.
Bollen korsas av Nathaniel Clyne.
Nathaniel Clyne levererar bollen, Cesar Azpilicueta gör en klarering.
Gratis kick för en foul av Rickie Lambert på David Luiz. Frispark tagen av David Luiz.
Ansträngning på mål av Emboaba Oscar från precis innanför straffområdet går över målet.
Assistenten för målet kom från Nathaniel Clyne.
Mål!  - Rickie Lambert - Chelsea 2 - 1 Southamp'n Rickie Lambert hittar nätet med ett huvudmål inifrån lådan. Chelsea 2-1 Southampton.
Nathaniel Clyne skickar in ett kors,
Frispark tagen av Artur Boruc.
Substitution Jay Rodriguez går av och Rickie Lambert kommer på.
Domaren blåser för offside.
Emboaba Oscar utmanar Morgan Schneiderlin orättvist och ger bort en frispark. Guly Do Prado korsar bollen från frispark.
Hörnet tas vänsterfotad av Jason Puncheon, Cesar Azpilicueta gör en klarering.
Den biträdande domaren flagga för offside mot Jay Rodriguez. David Luiz tar direkt frispark.
Demba Ba skickar in ett kors, Artur Boruc gör en bekväm räddning.
Gratis kick för en foul av Frank Lampard på Jack Cork. Maya Yoshida tar direkt frispark.
Ashley Cole skjuter. Bekvämt spara av Artur Boruc.
Spelet startar om för andra halvan.
Halva tiden Visselpipan är blåst för att avsluta den första halvan.
Nascimento Ramires tar ett skott från bara överträffa straffområdet och träffar posten.
Assist på målet kom från Nascimento Ramires.
Mål!  - Eden Hazard - Chelsea 2 - 0 Southamp'n Ett mål görs av Eden Hazard från precis innanför straffområdet till övre högra hörnet av målet. Chelsea 2-0 Southampton.
Juan Mata tar ett kort hörn.
Juan Mata skickar in ett kors.
Guly Do Prado erkänner en frispark för en foul på Juan Mata. Direkt frispark tagen av Juan Mata.
Ansträngning från kanten av lådan av Frank Lampard går bred av vänster-hand upprätt.
Nascimento Ramires skjuter. Maya Yoshida får ett kvarter in.
Skjuten av Frank Lampard. Luke Shaw får ett kvarter in.
Juan Mata levererar ett pass hörn till kort, Maya Yoshida lyckas göra en klarering.
Ansträngning från kanten av lådan av Steven Davis går bred vänster hand upprätt.
Ett kors levereras av Jack Cork, David Luiz lyckas göra en klarering.
Bollen levereras av Luke Shaw, Nascimento Ramires lyckas göra en klarering.
Hörnet taget till höger av Guly Do Prado från vänster by-line till nära stolpen, Frank Lampard gör en klarering.
Gratis kick som delas ut för en foul av Demba Ba på Jack Cork. Frispark korsad vänsterfotad av Jason Puncheon från höger kanal, klarering gjord av Gary Cahill.
Assist på målet kom från Emboaba Oscar.
Mål!  - Demba Ba - Chelsea 1 - 0 Southamp'n Demba Ba hittar nätet med ett mål från insidan av straffboxen till nedre högra hörnet av målet. Chelsea 1-0 Southampton.
Cesar Azpilicueta levererar bollen,
Bollen svängs över av Cesar Azpilicueta, Maya Yoshida lyckas göra en klarering.
Domaren ger en frispark mot Demba Ba för handboll. Frispark tagen av Artur Boruc.
Demba Ba skjuter. Räddad av Artur Boruc.
Den biträdande domaren flagga för offside mot Jay Rodriguez. David Luiz startar om spelet med den fria kicken.
Guly Do Prado levererar bollen, Header av Jason Puncheon från djupt inne i straffområdet missar till vänster om målet.
Nascimento Ramires ger bort en frispark för en orättvis utmaning på Morgan Schneiderlin. Direkt frispark tagen av Jos Hooiveld.
Ansträngning på mål av Cesar Azpilicueta från utsidan boxen går ofarligt över baren.
Bollen skickas över av Juan Mata.
Juan Mata tar det yttre hörnet, klartecken av Jay Rodriguez.
Demba Ba levererar bollen.
Ansträngning från kanten av lådan av Emboaba Oscar går bred av vänster-handen post.
Centrum av Luke Shaw, blockerad av Emboaba Oscar.
Nathaniel Clyne producerar ett kors, godkänt av Ashley Cole.
Ansträngning utanför straffområdet vid Jay Rodriguez går bred vänster om målet.
Domaren får igång spelet.
Live-data och text som tillhandahålls av våra dataleverantörer
Chelseas dåliga hemrekord under Rafael Benitez fortsatte när Southampton kämpade tillbaka från 2-0 ner för att rycka en punkt.