Sjoeke Nuesken et Guro Reiten ont donné l'avantage à Chelsea avant qu'Alba Redondo ne réduise le score pour les Madridistas avant la mi-temps.
Mayra Ramirez a marqué en seconde période pour redonner deux buts d'avance à Chelsea. Un but de Linda Caicedo en fin de match a donné lieu à une fin de match nerveuse à Stamford Bridge.
Chelsea a pris l'avantage dès la deuxième minute lorsque le centre de Johanna Rytting Kaneryd heurtait la malheureuse Sheila Garcia, via la tête de Nuesken, et finissait sa course dans les filets madrilènes.
Les championnes d'Angleterre ont doublé la mise peu avant la demi-heure de jeu, l'arbitre désignant le point de penalty après que Maria Mendez a surpris Nuesken alors qu'elles se disputaient un ballon dans la surface.
Reiten plaçait le coup de pied de réparation hors de portée de Misa Rodriguez, qui avait correctement deviné de quel côté plonger.
Le Real Madrid a réduit l'écart à la 39e minute. Olga Carmona, sur l'aile, a débordé dans la surface adverse, et Redondo a fait preuve de sang-froid pour prendre une touche et conclure des dix mètres.
Ramirez a redonné deux buts d'avance aux hôtes huit minutes après le début de la seconde période, avec une tête qui a trompé la vigilance de la gardienne Misa.
Caicedo a converti à bout portant à la 84e minute après que Lucy Bronze a stoppé une tentative de but sur la ligne, mais les Madridistas n'ont pas été en mesure de terminer leur remontée.
Toujours dans le Groupe B, le club néerlandais de Twente a battu le Celtic (2-0) à Glasgow grâce à un doublé de Kayleigh van Dooren.
