Sevilla-angriberen Renato scorede sejrsmålet til 4-3 fem minutter før tid efter en særdeles underholdende kamp på Real Madrids hjemmebane, Santiago Bernabeu.
I anden halvleg førte Sevilla 3-1 efter mål af Adriano, Ndri Romaric og Frederic Kanoute, mens Real Madrids anfører Raul havde scoret en enkelt gang.
Men kongeklubben fik udlignet til 3-3 på mål af Gonzalo Higuain og Fernando Gago.
En udvisning til Reals Arjen Robben gav dog Sevilla ny vind i sejlene og Renatos mål sendte Madrid ud i et nyt skuffende nederlag.
Real Madrid er nu ni point efter Barcelona på førstepladsen i Primera Division.