É possível criar uma Series temporária apenas com valores da coluna **base** onde **valores** não é nulo com os comandos [`.mask`][1], [`.isna`][2] e[`.bfill`][3].
Com essa Series em uma variável é possível passa-la dentro do comando [`fillna`][4] para substituir os valores da coluna **valores**


    temp = df['base'].mask(df['valores'].isna()).bfill()
    df['valores'] = df['valores'].fillna(temp)
    df.head(10)

    #saida
        base	valores
    0	2		3.0
    1	2		3.0
    2	3		100.0
    3	3		3.0
    4	4		5.0
    5	4		5.0
    6	5		15.0
    7	5		NaN


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O comando `mask` aqui retorna uma Series do mesmo tamanho do DF, mas onde a condição for verdadeira (`df['valores'].isna()`) fica como nulo, segue alguns resultados do passo a passo.
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Comando `mask` com `isna`
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    df['base'].mask(df['valores'].isna())
    #saida:
    0    2.0
    1    NaN
    2    3.0
    3    3.0
    4    NaN
    5    NaN
    6    5.0
    7    NaN

Comando `mask`, `isna` e `bfill`
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    df['base'].mask(df['valores'].isna()).bfill()
    #saida:
    0    2.0
    1    3.0
    2    3.0
    3    3.0
    4    5.0
    5    5.0
    6    5.0
    7    NaN

 [1]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/reference/api/pandas.DataFrame.mask.html
 [2]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/reference/api/pandas.DataFrame.isna.html
 [3]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/reference/api/pandas.DataFrame.bfill.html
 [4]: https://pandas.pydata.org/pandas-docs/stable/reference/api/pandas.DataFrame.fillna.html#pandas.DataFrame.fillna