Sofia Jakobsson gjorde segermålet i den 67:e minuten. Hon rann igenom på en djupledspassning och avslutade förbi landslagskollegan Hedvig Lindahl i motståndarmålet.
Det blev annars en tung start för Real Madrid som fick ett rött kort tolv minuter in i matchen efter att Olga Carmona rivit ner brasilianskan Ludmila i ett friläge. Trots det tog de tre blytunga poäng, och behåller tredjeplatsen som innebär Champions League-spel nästa säsong.
I den 78:e minuten fick Atlético Madrid också ett rött kort, och matchen avslutades tio mot tio.
Det var Jakobssons sjätte ligamål för säsongen.
Den andra Real Madrid-svenskan, Kosovare Asllani, kom inte till start på grund av en skada, skriver SVT.