Battu 1-0 à l'aller et mené au score, l'Atlético a signé une prestation de très haut niveau pour arracher la prolongation (2-1). Ils se sont finalement imposés trois tirs au but à deux, grâce à deux parades de leur gardien slovène Jan Oblak devant Alexis Sanchez et Davy Klaassen, ainsi qu'un raté de Lautaro Martinez.
Leur entame a été à la hauteur de l'enjeu, sous l'impulsion du piston brésilien Samuel Lino, qui a sollicité le gardien suisse Yann Sommer dès la 5e minute de jeu, quitte à s'exposer aux contres transalpins.
Les Rojiblancos ont heureusement pu compter sur leur portier slovène Jan Oblak, auteur d'un double sauvetage devant Dumfries après une déviation sublime de Marcus Thuram en pivot (13e), puis vigilant sur une frappe contrée de Lautaro Martinez (18e).
De l'autre côté du terrain, les hommes de Diego Simeone ont multiplié les centres mais n'ont pas trouvé la faille, malgré un deuxième frisson sur une tête d'Alvaro Morata captée par Sommer (29e).
Et à force de pousser pour marquer, la punition a fini par arriver au terme d'un superbe mouvement collectif conclu par le latéral italien Federico Dimarco, seul pour reprendre le centre en retrait de Barella (33e, 1-0) et enflammer le parcage nerazzurro.
L'attaquant français, plutôt discret jusqu'ici, a alors surgi pour redonner espoir aux siens en profitant d'une erreur de lecture de son coéquipier en équipe de France Benjamin Pavard (35e, 1-1).
La sixième réalisation en sept rencontres de C1 cette saison pour le Mâconnais, muet depuis près de deux mois, a été empêchée ensuite par Pavard (43e) puis par Sommer, vigilant au retour des vestiaires (52e).
L'ancien Lyonnais a d'abord touché le poteau droit de Sommer (86e) avant de faire rugir le Metropolitano d'une frappe croisée imparable en pivot dans la surface (87e, 2-1) pour remettre les deux équipes à égalité sur les deux matches et confirmer son statut de joker de luxe.
L'autre entrant Rodrigo Riquelme a eu la balle de la qualification offerte par Griezmann au bout du temps additionnel (90e+3) mais a raté le cadre, et les deux formations n'ont pas pu se départager en prolongation, malgré des opportunités de chaque côté.
Le jeune ailier espagnol n'a en revanche pas tremblé pour inscrire son penalty, à l'inverse de l'ancien Marseillais Alexis Sanchez, du Néerlandais Davy Klaassen, tombés sur un Oblak inspiré, et du capitaine Lautaro Martinez qui a raté sa tentative.