El Barcelona tenía mucha motivación tras la derrota por 2-1 del Real Madrid ante el Mallorca más temprano el sábado, pero fueron los locales quienes se adelantaron seis minutos antes del descanso gracias a Giuliano Simeone.
Los visitantes respondieron con un gol de Marcus Rashford tres minutos después y el Atlético sufrió la expulsión del argentino Nico González al filo del descanso.
Ya sobre el final, Lewandowski estuvo en el lugar adecuado para aprovechar un rebote afortunado y darle el triunfo al equipo Culé.
El Atlético sigue cuarto en la clasificación con 57 puntos, a 19 del Barcelona, y ambos equipos volverán a enfrentarse el miércoles en el Camp Nou en el partido de ida de los cuartos de final de la Champions League.