Le "Sous-marin jaune" a fait la différence en fin de match sur un but de l'ailier droit Yeremi Pino qui a trompé Jan Oblak d'un tir croisé (73e), puis un autre dans les ultimes secondes de Gerard Moreno (90e+4), pour sceller le score.
Laissé sur le banc par son entraîneur Diego Simeone comme lors de la victoire à Getafe (3-0) pour la première journée, Antoine Griezmann a été copieusement sifflé par ses supporters lors de son entrée en jeu (60e) au milieu de terrain à la place de Marcos Llorente.
Encore prêté cette saison par le FC Barcelone, le champion du monde 2018 a été barré par le duo d'attaque composé d'Alvaro Morata, auteur de deux buts à Getafe le week-end dernier, et de Joao Felix, qui avait lui délivré trois passes décisives.
Griezmann s'est montré actif en fin de rencontre, en tentant une frappe non-cadrée après une chevauchée de plusieurs mètres (67e), puis en obligeant Geronimo Rulli à sortir un arrêt héroïque sur sa ligne (79e) après une tentative de Yannick Ferreira-Carrasco qui avait suivi l'action.
"J'espère qu'il restera avec nous. Tout le monde sait combien je l'apprécie, combien je l'aime, combien il est un joueur important pour le club et pour l'équipe", avait déclaré Diego Simeone au sujet de Griezmann en conférence de presse samedi.
Emery brille encore
Les Colchoneros se sont réveillés trop tard, en se créant des occasions franches dans les dernières minutes avec l'impulsion des entrants Matheus Cunha et Angel Correa. Mais le "Sous-marin jaune" a tenu bon grâce aux parades répétées de son portier Geronimo Rulli.
Les hommes d'Unai Emery ont d'ailleurs cru ouvrir le score plus tôt dans la rencontre (33e), mais le but de Gerard Moreno a été annulé car le joueur s'est aidé de son coude.
Villarreal, demi-finaliste de la dernière Ligue des champions, frappe déjà un grand coup et entame ainsi son championnat par deux victoires, après son succès inaugural à Valladolid (3-0).
L'Atlético subit pour sa part sa première défaite de la saison, et laisse s'échapper le Real Madrid, vainqueur la veille à Vigo (4-1), en tête du classement.
Plus tôt dans la journée, l'Athletic Bilbao est venu à bout du FC Valence 1-0 à San Mamés, grâce à un but d'Alex Berenguer (42e).
La deuxième journée de Liga se poursuit dimanche avec le déplacement du FC Barcelone à Saint-Sébastien pour affronter la Real Sociedad (22h00).
Les Blaugranas seront encore privés du défenseur central français Jules Koundé, arrivée cet été en provenance du FC Séville pour 50 M d'EUR mais non-inscrit dans la liste du Barça en raison des problèmes financiers du club et d'une masse salariale trop importante.