Los goles de Boulaye Dia (41), Famara Diedhiou (48) y Bamba Dieng (84) volvieron a enganchar a los africanos al Mundial, mientras que el tanto de Mohamed Muntari (78) se quedó corto para rescatar a su equipo.
Los anfitriones están fuera de la competición, tras el empate entre Ecuador y Países Bajos.
Catar se convirtió en la primera selección anfitriona de un Mundial en dejar su competición tras sólo dos encuentros.
Varios meses de preparación en el más absoluto secreto no le han valido a Catar para lucirse en el Mundial, donde los nervios volvieron a pasar factura este viernes al combinado entrenado por el español Félix Sánchez.
Aunque menos imprecisos que en la derrota inaugural contra Ecuador hace cinco días, los jugadores cataríes se vieron superados por el físico y la presión de los senegaleses, que también llegaban al encuentro necesitados de victoria.
Senegal dominó sobre el césped del estadio Al Thumama, pero volvió a echar de menos la presencia de su lesionada estrella Sadio Mané a la hora de encarar el arco contrario.
La selección africana deberá conseguir una victoria frente a Ecuador en la última fecha para poder clasificar a octavos de final.