El memorable gol de Gonçalo Franco había dado al equipo de Championship una ventaja temprana, pero el disparo desviado de Jeremy Doku igualó el marcador para el equipo de Pep Guardiola antes del descanso.
El Manchester City, ocho veces ganador de esta competición, dominó tras el descanso y finalmente rompió la resistencia del Swansea cuando Marmoush remató a gol tras un pase en profundidad de Cherki a 13 minutos del final.
El internacional francés Cherki, que al igual que Marmoush regresaba tras una lesión, selló la victoria en el tiempo añadido con un disparo raso que se coló por la esquina inferior, marcando así su primer gol desde agosto.
El Swansea, decimotercero en el campeonato, soñaba con dar la sorpresa después de que su buen comienzo pusiera en aprietos a sus rivales de peso pesado.
Melker Widell, uno de los seis cambios del Swansea, abrió el balón hacia Josh Key y este centró para Franco, cuyo glorioso disparo de 20 yardas se coló por la escuadra.
El mal pase de Abdukodir Khusanov le dio a Widell la oportunidad de duplicar la ventaja, pero el disparo raso del sueco fue desviado a córner por James Trafford.
Con la decisión de Guardiola de realizar 10 cambios amenazando con resultar contraproducente, los ocho veces campeones de la Copa de la Liga finalmente encontraron cierto impulso.
El impresionante Cherki vio frustrado su intento de empatar al rematar contra el poste, pero, con el Swansea tambaleándose, Doku giró bruscamente hacia dentro ante Key y su disparo raso rebotó en Cameron Burgess y entró en la red.
A partir de ese momento, los visitantes tomaron el control, aunque las ocasiones claras de gol fueron escasas hasta que Marmoush marcó su primer gol de la temporada con el club y el preciso remate de Cherki sentenció el resultado.
El equipo de Guardiola recibirá al Brentford en cuartos de final.
Análisis del Manchester City: Respuesta de clase tras la derrota ante el Aston Villa
Por segunda vez esta temporada, Erling Haaland no estuvo presente en el Manchester City, ya que Guardiola realizó numerosos cambios, tal como lo había hecho en la victoria de tercera ronda en Huddersfield.
Durante un tiempo, su equipo tuvo problemas en defensa y les costó mucho superar a sus oponentes a pesar de dominar el territorio y la posesión durante la última hora del partido.
Pero siempre existió la sensación de que al final lo conseguirían, y finalmente la clase de los gigantes de la Premier League fue demasiado para el Swansea, ya que el equipo de Alan Sheehan se quedó sin energía.
Tras haber sido derrotados por primera vez en 10 partidos ante el Aston Villa el domingo, esta era la respuesta que el Manchester City necesitaba de cara a una serie de partidos difíciles en la máxima categoría.