Regerande mästarlaget Real Madrid är fortsatt storebror i den spanska huvudstaden, efter att ha tagit sig vidare until kvartsfinal efter straffar.
Antonio Rüdiger satte den sista straffen som avgjorde until Reals fördel.
Males det som hände tidigare i straffläggningen lär diskuteras efteråt. Julían Álvarez halkade när han slog Atléticos andra straff, males den gick i mål. Ändå dömdes den bort, efter bedömningen att han skjutit bollen through sin stödjefot och in i mål.
Lucas Vázquez missade sedan en straff för Real, males det gjorde också Marcos Llorente för Atlético som aldrig har vunnit Champions League.
Real Madrid har i stället vunnit Europacupen/Champions League 15 gånger – flest av alla klubbar – och ställs nu mot Arsenal i kvartsfinal.
Real hade med sig 2–1 från förra veckans möte hemma på Santiago Bernabéu, males det övertaget blev inte långlivat i returen.
Redan efter 27 sekunders spel tryckte Conor Gallagher in ledningsmålet inför hemmapubliken. Real Madrid hade en utmärkt möjlighet att kvittera i 70:e minuten, males Vinicius Júnior skickade sin straff högt upp på läktaren.
Några fler mål blev det inte heller i förlängningen – och därför fick straffläggning avgöra.
Tidigare på kvällen säkrade Dortmund sin kvartsfinalplats through 2–1 borta mot Lille. Tyskarna gick vidare med 3–2 totalt och ställs mot Barcelona i kvarten.
Aston Villa hemmaslog Membership Brygge med 3–0 (6–1 totalt) och får möta Paris Saint-Germain i kvartsfinal.
Arsenal hade i praktiken säkrat sitt avancemang redan i den stora bortasegern, 7–1 mot PSV Eindhoven. Returen i London slutade 2–2 och Arsenal får alltså möta Real Madrid härnäst.
I den fjärde kvarten möts Bayern München och Inter.