Real inledde starkt och tog helt logiskt ledningen. Mittbacken Sergio Ramos ordnade 0-1 med en spektakulär cykelspark efter hörna.

Ramos landade efter konststycket på sin sedan tidigare skadade axel och tvingades utgå. Det bidrog till att Sevilla kunde ta sig tillbaka in i matchen och utmana ett passivt Madridförsvar.

Real Madrid, som inför söndagens match bara släppt in fyra mål, skulle nu släppa in tre. Italienaren Ciro Immobile kvitterade innan halvtidsvilan och efter paus ökade hemmalaget till 3-1 efter mål av Ever Banega och Fernando Llorente.

Reals reduceringsmål kom på tilläggstid genom James Rodriguez.

Förlusten innebär att Barcelona, som besegrade Villarreal med 3-0, nu toppar tabellen och har tre poängs försprång.

De båda stjärnlagen möts i nästa omgång.