Koke Resurrección e Iago Aspas fallaron sus lanzamientos en la tanda decisiva, mientras que los rusos anotaron los cuatro que patearon, lo que terminó condenando al campeón mundial de 2010.
España cayó por cuarta vez ante el anfitrión de un Mundial, tras hacerlo en Italia-1934, Brasil-1950 y ante Corea del Sur en 2002, en la edición que ese país organizó de manera conjunta con Japón.
La Roja se había adelantado con un gol en propia puerta de Sergey Ignashevich en el minuto 12.
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Rusia igualó con un penal transformado por Artem Dzyuba (41), después de que Gerard Piqué tocara el balón con la mano dentro del área.
El partido tuvo un guion invariable. España se encargó de mover el balón e intentar encontrar grietas en un bloque ruso con las líneas muy juntas.
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Más espesa según transcurrieron los minutos, la Roja acumuló infinitas posesiones pero no fue capaz de traducirlas en acciones claras de peligro.
Rusia, cuyo plan para marcar pasaba por aprovechar una contra o un balón aéreo, logró su objetivo, al conseguir un gol en uno de los pocos acercamientos que tuvo.
En la recta final el seleccionador español Fernando Hierro intentó agitar el ataque con las entradas de Andrés Iniesta (67) e Iago Aspas (80). Suyas fueron las mejores ocasiones, pero la Roja no fue capaz de encontrar el camino.
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