Hasil itu sekaligus menjadi kekalahan kedua beruntun yang dirasakan Milan musim ini setelah pekan lalu tim besutan Stefano Pioli tersebut juga tumbang di markas Fiorentina.
Milan, yang tengah pekan kemarin meraih kemenangan perdana di Liga Champions, memulai laga dengan meyakinkan dan sempat memimpin lebih dulu melalui gol Alessio Romagnoli pada menit ke-21.
Namun keunggulan Milan hanya bertahan seumur jagung, sebab tiga menit kemudian Gianluca Scamacca mengoyak gawang tuan rumah untuk membuat kedudukan imbang.
Tim tamu lantas berbalik unggul pada menit ke-33 saat Simon Kjaer mencetak gol bunuh diri karena membelokkan bola tendangan Scamacca yang membuat kiper Mike Maignan terkecoh.
Milan berusaha bangkit di babak kedua, tapi Domenico Berardi menambah keunggulan Sassuolo jadi 3-1 pada menit ke-66 lewat aksinya memperdaya Romagnoli sebelum mengolongi Maignan.
Upaya Milan untuk mengubah keadaan kian dipersulit lantaran kartu merah yang diterima Romagnoli pada menit ke-77 dan situasi timpang cukup memudahkan Sassuolo menjaga skor 3-1 hingga bubaran.
Dua pekan terakhir Milan gagal menambah koleksi 31 poin yang dimiliki tapi mereka masih duduk di posisi kedua klasemen.
Sassuolo, yang membukukan kemenangan pertamanya dalam empat pertandingan terakhir, kini naik ke urutan ke-12 dengan 12 poin, demikian catatan laman resmi Liga Italia.
Dalam pertandingan lain yang dimainkan bersamaan di Alberto Picco, Bologna membawa pulang tiga poin seusai mengalahkan tuan rumah Spezia 1-0.
Marko Arnautovic mencetak gol semata wayang kemenangan Bologna lewat eksekusi penalti pada menit ke-83.
Bologna naik ke posisi kesembilan dengan 21 poin, sedangkan Spezia tertahan di urutan ke-17 dengan sebelas poin.
Sementara itu, satu laga lain yang digelar lebih dini di Dacia Arena antara Udinese menjamu Genoa berakhir dengan skor imbang tanpa gol.
Satu poin cukup untuk membuat Udinese naik ke peringkat ke-14 dengan 15 poin, tapi Genoa yang punya sepuluh poin masih tertahan di zona degradasi menempati urutan ke-18.