Monterrey bangkit di babak kedua dan memperkecil ketertinggalan pada menit ke-48 melalui Germán Berterame.
Gol tersebut tercipta dari situasi bola mati yang sempat memantul dan kemudian disundul ke gawang oleh Berterame, menghidupkan harapan tim asal Meksiko itu.
Statistik menunjukkan Monterrey unggul 59% dalam penguasaan bola dan mencatat tujuh tembakan tepat sasaran dibandingkan tiga milik Dortmund.
Meski begitu, tim asal Jerman ini bertahan solid hingga peluit akhir, memastikan tempat mereka di perempat final.
Dortmund dijadwalkan menghadapi Real Madrid di East Rutherford, New Jersey, pada Sabtu mendatang.