Det er cataloniernes største udesejr i denne sæson, hvor 4-1 over Zaragoza 7. april indtil søndag var Barcelonas bedste resultat på udebane.
Sejren betyder, at Lionel Messi og co. bevarer - i hvert fald teoretisk - muligheden for at vinde det spanske mesterskab.
Men chancen lever på forudsætning af, at alt går galt for Real Madrid, der fører Primera Division med syv point og blot tre kampe tilbage at spille i denne sæson. Real Madrid kan sikre titlen på egen hånd onsdag med en udesejr over Athletic Bilbao.
Det er nok tvivlsomt om søndagens sejr har slukket al ærgrelse hos catalonierne, selvom de var overlegne mod madrilenerne, der tidligere har voldt Barcelona store problemer.
Rayo Vallecano har ligget i den næstbedste spanske fodboldrække i en årrække, men tilbage i 2002 vandt de to Primera Division-kampe over Barcelona. I den indbyrdes statistik har Barcelona kun et svagt overtag over de seneste 10 kampe.
Men søndag agerede Rayo Vallecano-spillerne kegler for Lionel Messi, Pedro og Dani Alves over 90 minutter.
Catalonierne måtte tirsdag forlade Champions League efter samlet nederlag til Chelsea på 2-3 i semifinalen.
Real Madrid møder i de sidste tre Primera Division-opgør Athletic Bilbao, Granada og Mallorca, mens Barcelona står over for Malaga, Espanyol og Betis.
/ritzau/
Seneste artikler
Tiltalt for flerårigt overgreb på plejedatter: Voldtog og truede hende på livet
Truet af lukning: Nu er der nyt om biografen
50 liter narko i BMW’en: Tysk par får fængsel og udvises
Langholt slår igen mod tilsyn: Uenig i afgørelse
Købte dyre ejendomme og leasede luksusbiler: Derfor mister bosted sin godkendelse
Mest læste artikler
Mand fundet død i Maribosøerne
DMI udsender varsel
Kommune hjemsender omstridt centerchef
Efter 69 år: Vil rive gigantisk vartegn ned
Clara åbner ny kaffebar: Farens død lærte hende vigtig lektie