A los 11 minutos de la primera mitad, el uruguayo Luis Suárez abrió el marcador para el conjunto azulgrana.
A los 35 minutos, José Ángel Pozo igualó los cartones y ambos clubes se fueron al descanso empatados.
Complemento
En la segunda mitad el Rayo encontró la oportunidad de adelantarse mediante gol de Álvaro García a los 57 minutos.
El Barcelona pudo igualar los cartones con una anotación de Dembéle a los 87 minutos.
El triunfo azulgrana se gestó a los 90 minutos, cuando el uruguayo Luis Suárez se hizo de doblete.
De esa manera, el 'Pistolero' se transformó en el nuevo artillero de La Liga con 10 conquistas.
Ernesto Valverde confió en los jugadores que golearon al Real Madrid en el Clásico disputado en el Camp Nou la pasada semana.
Alineaciones
Barcelona: Ter Stegen, Sergi Roberto, Piqué, Lenglet, Jordi Alba, Rakitic, Busquets, Arthur, Rafinha, Coutinho y Luis Suárez.
Rayo Vallecano: Alberto; Advíncula, Gálvez, Amat, Álex Moreno; Comesaña, Embarba, Imbula, Trejo, Álvaro; y De Tomás.