Atletico tahu mereka harus menang dengan selisih minimal tiga gol untuk lolos dan berjuang keras untuk mengalahkan tim Brasil yang tangguh selama sebagian besar pertandingan.
Setelah peluang terbatas di babak pertama, manajer Atletico Diego Simeone memutuskan untuk memasukkan striker veteran Antoine Griezmann untuk babak kedua dalam upaya untuk memicu keajaiban dalam serangan timnya.
Pemain Prancis itu hampir memberikan dampak langsung ketika ia masuk dari sisi kiri tetapi tembakannya membentur tiang gawang dari sudut sempit.
Alexander Sorloth, yang memiliki xG tertinggi dari semua pemain di turnamen ini sebelum pertandingan, menyundul peluang emas dari jarak enam yard.
Atletico akhirnya mencetak gol ketika Griezmann melepaskan tembakan dari dalam kotak penalti di menit-menit akhir, tetapi itu sudah terlambat.
Botafogo akan menghadapi sesama tim Brasil Palmeiras, yang memenangkan Grup A, di babak 16 besar, sementara tim asuhan Simeone tersingkir.
Apa saja pokok bahasan utama? Atletico Madrid dan penyerang Julian Alvarez beberapa kali mengajukan penalti setengah hati sepanjang pertandingan dan tampaknya akan mendapatkan satu penalti di waktu tambahan babak pertama.
Asisten wasit video (VAR) merekomendasikan wasit lapangan Cesar Ramos untuk menuju monitor setelah Alvarez diduga tersandung di kotak penalti.
Setelah peninjauan, Ramos mengatakan itu adalah pelanggaran dan seharusnya penalti. Namun, tendangan bebas diberikan kepada Botafogo karena Sorloth mendorong bola yang terjadi tepat sebelum pelanggaran terhadap Alvarez.
Pemain mana yang menonjol?
Meskipun kehilangan beberapa peluang, Alvarez terus menjadi ancaman bagi Atletico dan selalu tampak paling mungkin untuk menciptakan sesuatu.
Dia bekerja sama dengan baik dengan rekan penyerang Sorloth sepanjang pertandingan dan sangat disayangkan tidak memenangkan penalti bagi timnya setelah keputusan VAR tersebut.
Griezmann membuat perbedaan setelah masuk di babak pertama dan akan bertanya-tanya mengapa dia tidak memulai pertandingan.
Seluruh tim Botafogo tampil menonjol dari satu hingga sebelas pemain karena penampilan bertahan mereka yang gagah berani. Mereka bekerja keras satu sama lain dan selalu tampak mengancam saat menyerang balik.
Statistik yang menonjol
Atletico memiliki xG 3,05 selama 90 menit tetapi hanya mampu mencetak satu gol.
Mereka melepaskan 23 tembakan sedangkan Botafogo tujuh, dengan 17 di antaranya dari dalam kotak penalti.
Apa yang akan terjadi selanjutnya bagi tim-tim ini?
Kemenangan Paris St-Germain melawan Seattle dikombinasikan dengan kekalahan Botafogo membuat tim Brasil itu finis kedua di Grup B dan akan menghadapi pemenang Grup A Palmeiras di babak 16 besar pada Sabtu pukul 17:00 BST di Philadelphia.
Atletico Madrid telah tersingkir.