O City abriu o placar aos 94 segundos de jogo, com o gol mais rápido já marcado em uma semifinal de Liga dos Campeões, em um peixinho do belga Kevin de Bruyne.
O time de Pep Guardiola dobrou sua vantagem, aos 11 minutos, com o brasileiro Gabriel Jesus, que recebeu passe de De Bruyne e girou em cima de David Alaba antes de colocar a bola nas redes.
Porém, o Real Madrid voltou ao jogo por meio de pés muito familiares. Karim Benzema tirou um gol da cartola ao completar cruzamento de longe de Ferland Mendy, com um desvio dos mais delicados, no canto, aos 33 minutos.
O City restaurou a vantagem de dois gols oito minutos após o intervalo, graças ao veterano brasileiro Fernandinho, que saiu do banco de reservas e cruzou com perfeição para Phil Foden cabecear à queima-roupa.
Dois minutos depois, no entanto, Fernandinho foi driblado por Vinícius Júnior, que arrancou pela lateral esquerda, desde o meio-campo, entrou na área e tocou na saída do goleiro Ederson para fazer 3 a 2.
O City ainda conseguiu encontrar mais um gol, com um lindo chute de Bernardo Silva no ângulo para vencer Thibaut Courtois, aos 29 minutos do segundo tempo.
Mas ainda havia tempo para mais emoção. Aymeric Laporte foi penalizado por tocar a bola com o braço dentro da área, e Benzema converteu a penalidade máxima com uma cavadinha no meio do gol, a oito minutos do final.
A partida de volta, no Santiago Bernabéu, será na quarta-feira da próxima semana.
