Raphael Varanes första smäll kom redan efter nio minuter. Då sjabblade fransmannen med bollen och Manchester City-anfallaren Gabriel Jesus stal den och hittade Raheem Sterling i straffområdet.
Med en knapp halvtimme spelad såg ändå Real Madrids stjärnanfallare Karim Benzema till att det blev liv i dubbelmötet då han mötte Rodrygos perfekta inlägg med pannan.
Efter det målet är det bara Cristiano Ronaldo, Lionel Messi och Raul som har gjort fler mål i Champions League-historien.
En ny tabbe av Varane
Bägge lagen hade en del målchanser, men det blev ingen fullträff förrän Varane tabbade sig igen.
Backen skulle nicka tillbaka bollen till målvakten Thibaut Courtois, men nicken blev för lös. Jesus plockade upp bollen och avslutade snyggt till 2-1.
Därmed var ställningen 2-1 i matchen och 4-2 sammanlagt.
Nu väntar franska Lyon i kvartsfinal för Manchester City. Lyon slog ut Juventus i åttondelsfinal.
Ridå för Real Madrid som nu har misslyckats med att ta sig till kvartsfinal i Champions League två säsonger i rad. Det har inte hänt sedan 2004/2005-2009/2010 då de missade kvartsfinal sex år i rad.