O time merengue abriu 2 a 0 no primeiro tempo com o artilheiro francês Karim Benzema e com o uruguaio Fede Valverde, antes de Ferran Torres diminuir para o Barça nos minutos finais e Rodrygo fechar o placar em cobrança de pênalti nos acréscimos.
Benzema, favorito ao prêmio Bola de Ouro, que será entregue na segunda-feira, voltou a balançar as redes depois de mais de um mês e meio sem marcar, em um início de temporada marcado por lesões.
O francês ainda teve anulado um segundo gol por impedimento, mas acabou levando a melhor no duelo particular com o polonês Robert Lewandowski, que passou em branco na partida, mas não por falta de oportunidades.
O Barcelona começou pressionando a saída de bola do Real Madrid e quando o jogo ainda estava 1 a 0, Lewandowski teve grande chance de empatar aos 25 do primeiro tempo, mas finalizou por cima do gol.
Depois do intervalo, o técnico do Barça, Xavi Hernández, mexeu na equipe para deixar o jogo mais dinâmico em busca de uma reação e colocou em campo Gavi e Ferran Torres no lugar de Busquets e Raphinha, mas o Real Madrid se manteve sólido na defesa.
"Sabíamos que ia chegar um momento do jogo em que íamos ter que sofrer porque eles controlaram bem a bola. Nessa hora, cada um de nós tinha que dar mais, defender forte e sofrer, e conseguimos", disse depois do jogo o meia croata Luka Modrid, do Real Madrid.
A derrota é um duro golpe para o time catalão, que no meio da semana empatou em casa com a Inter de Milão em 3 a 3 pela Liga dos Campeões e está virtualmente eliminado da competição continental.
"Às vezes eles não têm a bola, parecem que estão sofrendo e no final, em duas chances, fazem dois gols. Temos que aprender com isso e acertar um pouco mais", lamentou o zagueiro do Barça Jules Koundé.
"A sensação é a de que fizemos um bom jogo. O segundo tempo foi melhor, as mudanças vieram... Mas temos que mudar a mentalidade, a dinâmica", completou o técnico 'blaugrana', Xavi Hernández, em entrevista coletiva.
Para o Real Madrid, garantido nas oitavas da Champions, a vitória dá a liderança isolada do Espanhol com 25 pontos, três à frente dos catalães, vice-líderes.
"Ganhamos o jogo no primeiro tempo. Fomos melhores, mais contundentes e administramos melhor a saída de bola vindo de trás", analisou o técnico merengue, Carlo Ancelotti.
No último jogo do dia, o Betis derrotou em casa o Almería por 3 a 1 e subiu para a quarta posição na tabela, que dá vaga para a Liga dos Campeões da próxima temporada.
O português William Carvalho (2x) e Borja Iglesias fizeram os gols dos anfitriões, enquanto o atacante Touré descontou para o Almería, que com a derrota se mantém em 18º, na zona de rebaixamento.
Mais cedo, a Real Sociedad venceu o Celta de Vigo por 2 a 1 fora de casa e agora é a quinta colocada com 19 pontos.
Aos 30 minutos de jogo, Asier Illarramendi abriu o placar para os visitantes batendo da entrada da área no canto do goleiro Agustín Marchesín, mas pouco depois Iago Aspas empatou aproveitando erro da defesa da Real. Já no segundo tempo, Igor Zubeldia fechou o placar de cabeça aos nove minutos.
Na parte de baixo da tabela, o Espanyol derrotou o Valladolid por 1 a 0, gol do atacante Joselu.
A 9ª rodada do Campeonato Espanhol termina na segunda-feira, com o duelo entre Villarreal e Osasuna.
-- Jogos da 9ª rodada do Campeonato Espanhol:
- Sexta-feira:
Rayo Vallecano - Getafe 0 - 0
- Sábado:
Girona - Cádiz 1 - 1
Valencia - Elche 2 - 2
Mallorca - Sevilla 0 - 1
Athletic Bilbao - Atlético de Madrid 0 - 1
- Domingo:
Celta Vigo - Real Sociedad 1 - 2
Real Madrid - Barcelona 3 - 1
Espanyol - Valladolid 1 - 0
Betis - Almería 3 - 1
- Segunda-feira:
(16h00) Villarreal - Osasuna
Classificação: Pts J V E D Gp Gc SG
1. Real Madrid 25 9 8 1 0 22 8 14
2. Barcelona 22 9 7 1 1 21 4 17
3. Atlético de Madrid 19 9 6 1 2 15 7 8
4. Betis 19 9 6 1 2 13 6 7
5. Real Sociedad 19 9 6 1 2 15 12 3
6. Athletic Bilbao 17 9 5 2 2 17 6 11
7. Valencia 14 9 4 2 3 16 10 6
8. Osasuna 13 8 4 1 3 9 8 1
9. Villarreal 12 8 3 3 2 10 3 7
10. Rayo Vallecano 11 9 3 2 4 10 12 -2
11. Celta Vigo 10 9 3 1 5 10 16 -6
12. Mallorca 9 9 2 3 4 7 10 -3
13. Espanyol 9 9 2 3 4 12 16 -4
14. Sevilla 9 9 2 3 4 9 14 -5
15. Girona 8 9 2 2 5 12 15 -3
16. Getafe 8 9 2 2 5 8 16 -8
17. Valladolid 8 9 2 2 5 6 14 -8
18. Almería 7 9 2 1 6 8 15 -7
19. Cádiz 6 9 1 3 5 4 17 -13
20. Elche 3 9 0 3 6 6 21 -15
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