Установив слабое преимущество в первом матче, удар Эмерсона Палмиери на последних минутах матча закрепил победу хозяев, а до того Хаким Зиеш хладнокровно разобрался с Яном Облаком, после блестящей контратаки организованной стараниями Кая Хаверца и Тимо Вернера.
До тех пор их доминирование во владении мячом не превращалось в шансы перед воротами, и в нервном дебюте им также посчастливилось пережить апелляцию на пенальти после того, как в вингер гостей Янник Карраско был отброшен капитаном "синих" Сезаром Азпиликуэтой.
Итальянский арбитр Даниэле Орсато отмахнулся от этого заявления, и ВАР не стал рассматривать инцидент.
"Атлетико" драматично выбил "Ливерпуль" из борьбы на той же стадии в прошлом сезоне, но лидеры Ла Лиги редко выглядели способными восстановиться после гола Зиеша.
Вместо этого "Челси", который оставался непобедимым в 13 матчах с тех пор, как Томас Тухель возглавил команду, имел возможность упрочить свое лидерство до того, как Эмерсон остановил игру, и заслуженно удалил игрока "Атлетико", Стефана Савича за то, что он локтем ударил Антонио Рудигера.
"Синие" присоединятся к соперникам Премьер-лиги "Ливерпулю" и "Манчестер Сити" в жеребьевке четвертьфинала и полуфинала в пятницу в 11:00 по Гринвичу.
Эффективная, но не якрая и изобилующая острыми моментами игра, стала мантрой с тех пор, как Тухель возглавил "Челси", а оборонительная прочность клуба способствовала 11 "сухарям" в 13 матчах во всех турнирах.
И хотя это выступление также может быть подано под этим описанием, оно дало прекрасный результат против опытных европейских звезд.
Тактика Диего Симеоне, возможно, не известна своим креативом или изобретательностью, но они показали на Энфилде чуть более года назад, насколько опасными они могут быть.
Тем не менее, Тухель отлично справился с Н'Голо Канте и Матео Ковачичем, задушив пространство в центре поля и разумно используя мяч во владении.
Форварды Зиеш, Вернер и Хавертц также были неотъемлемой частью этого процесса, причем один из них часто запускал прессинг "Челси" и задавал тон, когда они душили своих соперников.
Особенно впечатлял Вернер, который пережил не простой период с тех пор, как перешел в "Челси".
Демонстрируя темп и хладнокровие, немецкий форвард ускорился после паса Хаверца, прежде чем великолепно переправить мяч на путь Зиеша для открытия счета.
Это оказалось поворотным моментом вечера и заложило основу для уверенного доменирования коллектива Тухеля.
В то время как "Атлетико" теперь может обратить свое внимание на удержание "Барселоны" и "Реала" на вершине Ла Лиги, это был еще один разочаровывающий выход для клуба, который дважды выходил в финал за последнее десятилетие.
Симеоне и его команда были известны тем, что упивались этими случаями, используя свою энергию и применение, чтобы часто выходить победителями, когда их помечали как аутсайдеров.
Тем не менее, это выступление демонстрировало мало из этих качеств, а также была заметная уязвимость в обороне всякий раз, когда "Челси" атаковал с темпом и целеустремленностью.
В атаке они были не лучше. Луис Суарес, человек, который, как они надеялись, сможет разблокировать оборону "Челси", был снят до истечения часа после того, как неоднократно оказывался беззубым против Курта Зумы, Рудигера или Азпиликуэты и выглядел как игрок, находящийся на завершающей стадии своей карьеры.
Они довольствовались только одним шансом отметиться голом - в добавленное время, но голкипер хозяев Эдуард Менди продемонстрировал свою квалификацию, - подчеркнув пропасть между командами.
Босс "Челси" Томас Тухель: "самое главное, что мы чувствуем, что заслуживаем этого.
- Очень важно, чтобы ты это почувствовал, и чтобы никто тебя не убеждал.
"Они играют с особой связью, а выступления и результаты, подобные этому, дают вам определенное преимущество и клей для достижения особых вещей. Вы можете достичь этого только через результаты и опыт.
"Я почти уверен, что никто не хочет играть против нас. Это очень сложная задача, потому что мы уже в последней восьмерке. Это большой шаг, но не нужно бояться, мы берем то, что получаем, и готовимся как можно лучше."
"Челси" впервые с 2013-14 годов под руководством Жозе Моуринью вышел в четвертьфинал турнира.
Мадридский "Атлетико" впервые проиграл три матча подряд в плей-офф Лиги чемпионов/Кубка Европы, а также впервые проиграл обе игры в двухматчевом нокауте.
"Челси" не проигрывал в 13 матчах под руководством Томаса Тухеля во всех турнирах (выиграл девять, сыграл вничью 4), что делает этот матч самым продолжительным беспроигрышным стартом для любого тренера в истории клуба, обогнав Луиса Фелипе Сколари с его 12 матчами в 2008 году.
"Челси" еще не пропустил ни одного гола в шести домашних матчах под руководством Тухеля во всех турнирах; действительно, "синие" сохранили свои ворота в 11 из 13 матчах под руководством немца, больше, чем любой другой клуб Премьер-лиги с момента его первой игры в январе.
"Челси" стал первым английским клубом, выбившим мадридский "Атлетико" из плей-офф крупного еврокубкового турнира со времен "Болтон Уондерерс" Гэри Мегсона в Кубке УЕФА 2007-08 годов.
Мадридский "Атлетико" проиграл "Челси" больше матчей Лиги чемпионов (четыре), чем любой другой соперник.
Хаким Зиеш забил свой первый домашний гол в 12 матчах на "Стэмфорд Бридж" за "Челси"; четыре из его семи голов в Лиге чемпионов были забиты испанским командам (2 против "Реала", 1 против "Валенсии", 1 против "Атлетико Мадрид").
Тимо Вернер больше чем любой другой игрок "Челси" в этом сезоне принимал непосредственное участие во взятии ворот (10 голов, 7 передач).
Защитник мадридского "Атлетико" Стефан Савич получил свою третью красную карточку в Лиге чемпионов; только Златан Ибрагимович, Эдгар Давидс и Серхио Рамос (все четверо) имели больше в истории соревнований.
"Челси" примет "Шеффилд Юнайтед" в четвертьфинале Кубка Англии в воскресенье, 21 марта (13:30 мск). В тот же день (17:30 мск) мадридский "Атлетико" встретится с "Алавесом" в Ла Лиге.