Real Madrid havde kurs mod et kostbart nederlag i guldkampen, men en målrig anden halvleg vendte et medrivende lokalbrag mod Atlético Madrid på hovedet.
Vinícius Júnior scorede to gange og Federico Valverde en enkelt, da profilerne turnerede søndagens hjemmekamp til en 3-2-sejr.
Og den var yderst vigtig i håbet om et mesterskab. Med de tre point holder Real Madrid således snor i FC Barcelona.
Barcelona, der tidligere søndag gjorde sit arbejde med en sejr over Rayo Vallecano, fører fortsat La Liga med fire point ned til Real Madrid med ni runder tilbage.
Efter en halv time fik gæsterne spillet Real-holdet tyndt, og så blev der kortvarigt stille på Santiago Bernabéu.
Giuliano Simeone lagde bolden sublimt videre med hælen til angrebskollegaen Ademola Lookman, og så var det en formssag for nigerianeren at lægge kuglen i nettet.
Real Madrid fik en optimal åbning efter pausen, da dommer José Luis Munuera pegede på pletten, efter at Brahim Díaz blev nedlagt på ulovlig vis i feltet.
Vinícius Júnior var sikkerheden selv, og brasilianeren kanonerede udligningen ind til højre for en chanceløs Juan Musso.
Målet løftede lydkulissen markant på Santiago Bernabéu, og decibelniveauet blev skruet helt i top tre minutter senere.
Målfarlige Federico Valverde erobrede selv bolden højt, og uruguayaneren bragede 2-1-målet ind for Real Madrid.
Atléticos Nahuel Molina leverede ti minutter senere et af sæsonens bedste mål, da argentineren forsøgte sig langt udefra og kanonerede udligningen ind.
Balancen på måltavlen var kortvarig, for med et signaturspark sendte stjernen Vinícius Júnior atter værterne i front.
Vinícius drev bolden ind i banen, og fra kanten af feltet lagde han elegant bolden utageligt ind i det lange hjørne.
Det intense rivalopgør bød ganske symptomatisk også på et direkte rødt kort i slutfasen. Det tilfaldt målscorer Federico Valverde for en hård tackling mod Alex Baena.
/ritzau/