Första halvlek blev mållös och det dröjde till den 70:e minuten innan Jan Schoppner framspelad av Jan-Niklas Beste gav Heidenheim ledningen.
2-0-målet kom på stopptid, när Tim Kleindienst slog till och gjorde mål. 2-0-målet blev matchens sista.
Heidenheims nya tabellposition är 13:e plats, medan VfB Stuttgart är på tredje plats.
Heidenheim möter Bayern München i nästa match borta lördag 11 november 15.30. VfB Stuttgart möter samma dag Borussia Dortmund hemma.