El centrocampista encontró el ángulo inferior en el minuto 38 mientras la Roma extendió su racha invicta a cuatro partidos contra sus rivales de la ciudad.
La Lazio ha perdido tres de sus primeros partidos de la temporada y tuvo a Reda Belahyane y al ex mediocampista del Arsenal Matteo Guendouzi despedidos en un drama de último momento.
La Roma empezó bien y Pellegrini, nacido en Roma, marcó el gol vital (su cuarto en un derbi romano tras estar disponible para ser transferido en verano) tras una buena jugada por la derecha de Matias Soule.
Pero los anfitriones lamentarán las oportunidades perdidas, ya que Boulaye Dia, Mattia Zaccagni y Alessio Romagnoli las tuvieron.
A falta de cuatro minutos para el final, el suplente Belahyane recibió una tarjeta roja por una falta sobre Manu Kone en el último momento.
Danilo Cataldi estrelló un disparo en el exterior del poste para la Lazio en un último intento por conseguir un punto, mientras que su compañero Guendouzi fue expulsado por disentir después del pitido final.