Vòng đấu loại trực tiếp của Cúp bóng đá châu Á 2023 là giai đoạn thứ hai và là giai đoạn cuối cùng của giải đấu sau vòng bảng. Vòng đấu được bắt đầu diễn ra vào ngày 28 tháng 1 với vòng 16 đội và kết thúc vào ngày 10 tháng 2 với trận chung kết, được tổ chức tại sân vận động Lusail ở Lusail. Tổng cộng có 16 đội (hai đội đứng đầu mỗi bảng, cùng với 4 đội xếp thứ ba có thành tích tốt nhất) tiến vào vòng đấu loại trực tiếp để tranh tài trong một vòng đấu kiểu loại trực tiếp.[1]
Tất cả các giờ trong trận đấu đều là giờ địa phương, AST (UTC+3).[2]
Tại vòng đấu loại trực tiếp, nếu một trận đấu kết thúc 90 phút có kết quả hòa, hai hiệp phụ sẽ được diễn ra (mỗi hiệp 15 phút). Nếu vẫn hòa sau hai hiệp phụ, trận đấu được quyết định bởi loạt sút luân lưu để xác định đội giành chiến thắng. Đây là lần thứ hai không có trận tranh hạng ba kể từ giải đấu năm 2019.
AFC đã đưa ra các cặp đấu sau đây cho vòng 16 đội.[1]