La temporada 02-03 con Denoueix en el banquillo, fue la mejor de nuestra historia reciente. El equipo peleó hasta el final por lograr su tercer título de Liga, pero fue finalmente superado por el Real Madrid. El subcampeonato abría las puertas de la máxima competición europea: la Champions League, heredera de la anterior Copa de Europa.
El equipo entraba directamente en la fase de grupos y el sorteo le encuadró en el grupo formado por Juventus, Galatasaray, Olympiakos y la propia Real.
El 17 de septiembre de 2003 Anoeta vestía sus mejores galas para su estreno en la Champions. El rival era el Olympiakos griego, uno de los clubes más potentes de su país y habitual en competiciones europeas con jugadores como Karembeu o Djordjevic en sus filas.
En un partido muy sufrido en el que a la Real, aún lejos de su mejor nivel, le costó mucho superar la muralla montada por los griegos, un gol de penalti de Kovacevic en el minuto 80 daba a la Real su primera, y merecida, victoria en Champions.
La segunda jornada de la liguilla llevaba a la Real a Estambul para enfrentarse al Galatasaray en un partido que se antojaba vital de cara a la clasificación para octavos. Los turcos contaban en sus filas con jugadores de gran nivel como Frank de Boer o el goleador Hakan Sukur, Además preocupaba el ambiente que solía crear la afición turca en su estadio: el llamado “infierno turco”. La Real empezó muy bien el partido y, ya en el minuto 3, ganaba 0-1 gracias a un gol de Kovacevic. El equipo pudo lograr algún gol más antes del descanso, pero no acertó y en el minuto 61 Sukur empataba para los turcos premiando el mejor juego local en la segunda parte y obligando a la Real a sufrir. En ese momento el equipo supo reaccionar, niveló el partido y un remate de cabeza de Xabi Alonso en un córner daba la victoria a los txuri urdin.
La primera vuelta de la liguilla se cerraría con la visita de la Real a Turín para enfrentarse a una Juventus con la que compartía liderato, un equipo italiano plagado de figuras como Buffon, Nedved, Zambrotta o Trezeguet. Para el minuto 7 la Real ya perdía 2-0 por los goles de Trezeguet y Di Vaio. En el minuto 45 el propio Di Vaio hacía el 3-0 y en el 64 Trezeguet lograba el segundo de su cuenta particular. Con todo perdido la Real tiró de orgullo y un gol de Tudor en propia puerta y otro de De Pedro de falta directa dejaban el marcador en el definitivo 4-2.
La goleada encajada en Turín había herido el orgullo de los realistas que afrontaron la visita italiana a Anoeta, en el partido que abría la segunda vuelta de la liguilla, con ánimo de revancha. Y la Real salió desde el principio a por la victoria, el equipo jugó un buen partido, especialmente en la primera parte, tuvo algunas ocasiones, pero no pudo romper la sólida organización defensiva de la Juventus y, cuando lo logró, se encontró con Buffon. El partido acabó en empate a cero, un punto que clasificaba a los italianos para la siguiente ronda y que mantenía a la Real segunda.
En la penúltima jornada la Real acudía a Atenas, al “infierno griego” en busca de una victoria que le asegurara la clasificación para octavos aunque, dependiendo del resultado entre Galatasaray y Juventus, el empate también podría valer. En la primera parte la Real controló el juego y tuvo el premio del gol de Igor Gabilondo. Sin embargo, en la segunda parte, apoyados por su público, el Olympiakos remontó con goles de Stoltidis y Castillo, el segundo cuando la Real ya jugaba con 10 por la expulsión de Kovacevic. En ese momento el equipo tiró de casta y logró empatar gracias a un gol de Schürrer logrando un valioso punto
La victoria del Galatasaray contra la Juventus dejaba la clasificación para octavos e expensas del resultado del partido de Anoeta contra los turcos. A la Real le bastaba el empate, pero una derrota le dejaría fuera de la Champions. El partido llegaba en un mal momento con la Real en puestos de descenso en Liga y con las importantes bajas de Westerveld y Kovacevic. Pese a necesitar la victoria los turcos plantearon un encuentro a la defensiva en espera de aprovechar alguna oportunidad y lo lograron en el minuto 26 cuando Hakan Sukur adelantó a su equipo. Los txuri urdin no se vinieron abajo y siguieron acosando al Galatasaray hasta que De Paula en el minuto 51 logró el gol del empate. De ahí hasta el final la Real supo mantener el resultado sin sufrir demasiado salvo en los últimos minutos y logró una merecida clasificación para octavos.
Los posibles rivales en la siguiente ronda eran Arsenal, Manchester United, Chelsea, Milan, Olympique Lyon y Mónaco. Finalmente, el sorteo emparejó a la Real con el Lyon un equipo de talante ofensivo, con grandes jugadores como Juninho, Essien, Elver o Govou.
El partido de ida se disputó en Anoeta el 25 de febrero. Los realistas no jugaron un buen partido frente a un rival superior que se llevó la victoria por 0-1 gracias a un gol en propia puerta de Schürrer pero que tuvo ocasiones de lograr más goles y dejar sentenciada la eliminatoria.
El 9 de marzo la Real acudió al estadio de Gerland con la ilusión de remontar el resultado adverso de Anoeta, pero a sabiendas de que la misión era muy difícil. El equipo demostró orgullo, dio la cara y fue haciéndose con el control del partido, pero faltó un poco de fortuna en el momento clave. En el minuto 75 en un córner, un defensa francés sacaba bajo palos el remate de cabeza de Xabi Alonso con el portero ya batido y, apenas dos minutos más tarde un veloz contraataque del Lyon tras un nuevo córner era aprovechado por Juninho para hacer el 2-0 que sentenciaba la eliminatoria y ponía fin a la participación de la Real en la Champions.