El equipo azulgrana avisó con un pase medido al área de Messi a Luis Suárez que el uruguayo estrelló en el lateral de la red, pero pronto se adelantó en el marcador.
El argentino ejecutó magistralmente un tiro libre desde la medialuna del área que se metió junto al ángulo izquierdo del arco defendido por Jeroen Zoet.
Barcelona llegaba con más peligro, especialmente por la izquierda donde Coutinho y Dembélé sorprendían con habilidad y velocidad.
Antes del descanso, PSV, que pasó una primera parte achicando los ataques de los locales, tuvo una buena ocasión en un disparo de Luuke de Jong que se fue ligeramente alto.
Tras la pausa, PSV dio un paso adelante y se mostró más incisivo a la contra, aprovechando la velocidad de hombres como Lozano, que provocaría la expulsión de Umtiti por doble amonestación al ser derribado por el central azulgrana.
En una llegada peligrosa, el español José Ángel Tasende sacó un disparo seco desde fuera del área que detuvo el arquero Marc André Ter Stegen.
PSV apretaba, pero cuando más estaba sufriendo Barcelona Dembélé y Messi, que había desaparecido algo en los minutos centrales de la segunda parte, desatascaron al equipo y aseguraron el partido.
Tras un disparo al travesaño de Luis Suárez, el extremo francés corrió hasta la frontal del área para recortar y soltar un tiro que se coló ajustado al palo haciendo el 2-0.
Apenas dos minutos después, Ivan Rakitic mandó la pelota al área, donde apareció Messi para rematar cruzado y marcar el 3-0.
PSV que había revivido algo durante el segundo tiempo se vino abajo tras este tercer tanto pese a jugar con superioridad numérica durante los últimos diez minutos.
En los últimos minutos, con el partido controlado, el Barça se lanzó a seguir aumentando la cuenta goleadora, lo que hizo Messi aprovechando un pase de Busquets al espacio para volver a batir a Zoet.
La victoria prolonga la racha de resultados del Barça esta temporada que acumula cinco partidos oficiales sin perder entre Liga y Champions.