Franska Lille var på besök i den spanska huvudstaden för ett möte med Atlético Madrid under onsdagskvällen.
Ett tufft bortamöte och hemmalaget skulle ta ledningen redan i matchens åttonde minut.
Nyförvärvet Julián Alvarez var det som satte dit ledningsmålet efter slarv i försvaret från Lille.
Trots spelövertag och flera chanser för Atlético så slutade den första halvleken 1-0.
Och i istället för att utöka hemmaledningen skulle det komma en kvittering från Lille. Efter dryga timmen spelad hittade Thomas Meunier inbytte Edon Zhegrova som kunde placera in 1-1.
Men det franska bortalaget var inte klara där. För i den 72:a minuten fälldes en Lille-spelare i Atléticos straffområde efter en trasslig situation och domaren pekade på straffpukten. VAR konsulterades och en stund senare kom beskedet - straff till Lille trots protester från hemmaspelarna.
Men straff blev det och Jonathan David placerade in bollen från elva meter bakom Jan Oblak och vändningen var ett faktum, 2-1 till Lille.
Och i stället för en kvittering för hemmalaget kunde Lille avgöra CL-mötet med ett 3-1-mål i den 89:e minuten genom Jonathan David igen, assisterad av svenske landslagsbacken Gabriel Gudmundsson.
- Jag såg inte så tydligt på planen. Men efter att ha sett videon så såg jag att det inte var något. Det är en nyckelsekvens eftersom det betydde 2-1 till dem. Det är matchavgörande men så är det, säger Julián Alvarez till as om den omdiskuterade straffsituationen.
Målvakten Jan Oblak var kritisk till lagets oförmåga att avgöra matchen.
- Vi kan inte klaga på domaren, eftersom vi hade flera chanser att avgöra matchen. Det här är fotboll. Det är inte ett snyggt slut, att förlora med 3-1 på hemmaplan men vi hade behövt avgöra matchen. Det gjorde vi inte och vi blev straffade för det, säger Oblak till spanska as efter matchen.
Startelvor:
Atlético Madrid: Oblak - Molina, Witsel, Gimenez, Galan - de Paul, Koke, Gallagher, Alvarez - Sørloth, Griezmann
Lille: Chevalier - Toure, Mandi, Alexsandro - Meunier, Andre, Mukau, Gudmundsson - Fernandez-Pardo, Bayo, Cabella