Les Catalans prennent la troisième place avec 35 points mais pourraient perdre du terrain sur le duo de tête: le Real, deuxième avec 39 points, reçoit Villarreal dimanche (21h) et le leader Gérone affronte Alavés lundi en clôture de la 17e journée.
Le Barça avait besoin d'un succès pour rebondir après deux défaites consécutives, l'une sans conséquence en Champions League contre Antwerp mercredi (3-2), l'autre beaucoup plus préjudiciable contre Gérone (4-2) le week-end dernier en Liga.
Mais les Blaugranas se sont montrés bien trop imprécis dans le dernier geste pour repartir avec trois points de Mestalla.
Si Joao Felix a fini par trouver la faille en concluant une action initiée par une ouverture lumineuse de l'extérieur du pied de Frenkie De Jong (1-0, 55e), les joueurs de Xavi ont eu plusieurs fois l'occasion de doubler la mise, sans succès.
Et les «Ches» en ont profité par l'intermédiaire de Hugo Guillamon, qui a égalisé d'une belle frappe dans la lucarne après s'être promené dans la défense friable du Barça (70e).
Raphinha a eu une balle de 2-1 à la 82e mais a perdu son face à face avec le portier de Valence.
Bilbao fait tomber l'Atletico dans une ambiance de feu
Des maladresses dont l'Atlético Madrid n'a pas tiré profit. Le club de la capitale est tombé sur un excellent Bilbao. Trois jours après leur victoire 2-0 contre la Lazio, synonyme de première place en Ligue des champions, les Colchoneros n'ont pas fait le poids face aux Basques.
L'attaquant Gorka Guruzeta avait allumé la première mèche après la pause, pour donner l'avantage à son équipe (51e), avant que Nico Williams ne double la mise d'une superbe frappe enroulée dans la lucarne.
Les Basques, qui fêtaient les 125 ans du club dans une chaude ambiance, ont ensuite tenu bon malgré les tentatives de l'Atlético, grâce notamment à de belles parades du portier Unai Simon.