Con le prime due della classifica che non sono riuscite a vincere nel fine settimana, il Barca sapeva già prima del calcio d'inizio che una vittoria sarebbe stata fondamentale per rilanciare la propria carica per il titolo.
Gli uomini di Hansi Flick hanno dominato per tutto il primo tempo alla ricerca del gol iniziale. Raphinha ha mandato un tiro a pochi centimetri dalla porta dopo aver agganciato il passaggio tagliato di Alejandro Balde.
Pochi minuti dopo, però, i padroni di casa hanno avuto l'opportunità di passare in vantaggio dopo che Inigo Martínez è stato atterrato in area da Abdul Mumin.
Dopo una lunga revisione del VAR, Robert Lewandowski ha realizzato il calcio di rigore per il suo 20esimo gol stagionale in campionato.
Lamine Yamal avrebbe dovuto raddoppiare il vantaggio dei padroni di casa poco dopo la mezz'ora, dopo essersi avventato su un pallone vagante in area di rigore, ma il suo tiro è stato deviato brillantemente da Augusto Batalla.
Il Rayo Vallecano ha dovuto aspettare fino al 37esimo per mettere alla prova Wojciech Szczesny, ma il portiere polacco è intervenuto con forza sul tentativo di Randy Nteka.
Prima dell'intervallo la squadra madrilena ha quasi stupito i tifosi del Barca: Jorge de Frutos ha sfondato la difesa avversaria e ha concluso a rete, ma il gol è stato annullato per fuorigioco di Nteka e per aver ostacolato un difensore.
Flick avrebbe voluto un miglioramento dalla sua squadra dopo la ripresa, dopo che il Rayo aveva sfiorato il pareggio prima dell'intervallo.
E per poco non ha ottenuto quello che voleva al 10' del secondo tempo, quando Pedri è entrato in area con un'azione sorprendente, ma il suo tiro a giro deviato dal compagno Lewandowski.
La squadra ospite ha iniziato ad avere un'influenza crescente sulla gara e ha limitato i padroni di casa per gran parte del secondo tempo. Il Barça ha dovuto aspettare fino al 71esimo minuto per mettere di nuovo alla prova Batalla: Raphinha si è avventato su un rimpallo, ma il suo tiro in porta è stato accolto da una splendida parata del portiere.
L'attaccante brasiliano si è avvicinato sempre di più dopo aver corso in porta, ma il suo tiro ha sorvolato la traversa. Nonostante la pressione della squadra di casa, il secondo gol non è mai arrivato per il Barca.
Al contrario, Flick ha dovuto assistere a un finale nervoso: il Rayo ha sfiorato il pareggio, ma i padroni di casa hanno resistito. La vittoria porta i catalani a pari punti con il Real Madrid e pone fine alla serie di tre vittorie del Rayo.