Oscar Trejo mencetak gol penentu kemenangan dari titik penalti sekitar satu menit sebelum turun minum yang membawa tim ibu kota Spanyol itu mencatat kemenangan bersejarah.
Mereka akan menghadapi Valencia, Cadiz, Real Sociedad, Real Betis, Athletic Club atau Real Madrid pada babak berikutnya tergantung hasil pertandingan perempatfinal lainnya di antara keenam tim.
Rayo menikmati musim pertama yang fantastis di Primera setelah promosi dari Segunda musim lalu meskipun klub itu ditimpa ketegangan dan kesulitan di luar lapangan.
Mereka saat ini berada pada urutan kedelapan klasemen La Liga atau hanya terpaut lima poin dari Atletico Madrid dan satu tempat Liga Champions dengan memiliki tabungan satu pertandingan lebih banyak.
Mallorca yang juga baru promosi, sebaliknya mengalami masa yang sulit. Mereka saat ini tercecer pada urutan ke-17 klasemen Liga Spanyol yang hanya berjarak dua poin dari zona degradasi dan sembilan poin dari Levante yang menjadi juru kunci.
Mengutip laman football-espana, Mallorca kini harus berjuang keras mengamankan kelangsungan hidupnya dalam liga elite Spanyol musim ini, sebaliknya Rayo tengah memimpikan sukses Copa.