Ollie Watkins anotó el gol de la victoria contra su antiguo club en el minuto 85, su gol número 14 de la temporada, de cabeza desde corta distancia en el Gtech Community Stadium.
El primer gol de Álex Moreno en la Premier League había empatado a los visitantes momentos antes, con el español cabeceando un centro del suplente Leon Bailey.
Keane Lewis-Potter había adelantado a los Bees desde 12 yardas al filo del descanso, antes de que Ben Mee viera la roja para los anfitriones con poco menos de 20 minutos restantes luego de un desafío peligroso sobre Bailey.
En un encuentro acalorado también se vio la expulsión de Boubacar Kamara en el tiempo de descuento cuando los Villans consiguieron su primera victoria sobre los Bees en el oeste de Londres desde 1953 y la primera en la liga desde 1947.
Esto extiende la impresionante racha actual de Villa a una derrota en 16 en todas las competiciones, y el Sheffield United será el siguiente en B6 el viernes por la noche.
Watkins, Kamara, Emi Martínez, Diego Carlos y John McGinn regresaron a la alineación de Villa después de haber sido titulares entre los suplentes en el empate 1-1 del jueves ante el HŠK Zrinjski en la UEFA Europa Conference League.
Moreno y Jacob Ramsey mantuvieron sus lugares en el XI de Unai Emery, haciendo su primera apertura en la Premier League de la campaña, mientras que hubo un lugar entre los suplentes del portero de la Academia Sam Proctor.
Brentford-Aston Villa
Los visitantes tuvieron un comienzo positivo en el encuentro, con Moreno disparando por encima del travesaño desde el borde del área penal desde el principio.
Martínez hizo una gran parada en el minuto ocho y se agachó rápidamente para impedir el paso a Mikkel Damsgaard.
Cash se desvió por poco de un centro profundo de Pau Torres a mitad de la primera mitad, antes de que Ramsey disparara desviado cuando Watkins lo envió limpiamente.
Sin embargo, fueron los anfitriones los que tomaron la delantera justo antes del descanso cuando el córner de Saman Ghoddos cayó ante Lewis-Potter y éste dio un toque antes de anotar desde 12 yardas.
Ramsey estuvo a punto de empatar en el tiempo de descuento, pero su disparo de larga distancia fue rechazado por el portero de los Bees, Mark Flekken.
Brentford-Aston Villa
Villa comenzó la segunda mitad con el pie delantero y Kamara remató desviado un córner de Ramsey.
Moreno hizo un último intento de deslizamiento para evitar que Mads Roerslev se precipitara hacia el segundo palo, antes de que Martínez realizara una excelente parada para evitar el cabezazo de Yoane Wissa en el siguiente córner.
El entrenador en jefe Emery presentó a Bailey y Jhon Durán justo después de la hora de juego en un intento por provocar un resurgimiento.
Luego, Brentford se redujo a 10 hombres en el minuto 71 cuando Mee vio la roja por atacar a Bailey.
Y Villa empató poco después cuando Moreno cabeceó un centro de Bailey al segundo palo.
Brentford-Aston Villa
Los visitantes completaron la remontada ocho minutos después, cuando Kamara lanzó un saque de esquina y Watkins estuvo disponible para rematar de cabeza desde corta distancia.
Las oportunidades llegaron en ambos extremos durante un período dramático de 10 minutos de descuento, cuando Martínez se abalanzó para desviar de nuevo el pase hacia atrás de Bailey.
Kamara recibió una roja directa en el minuto 97 después de una pelea, pero Villa se mantuvo firme para registrar su primer triunfo a domicilio en Brentford en la era de la Premier League y el segundo en los últimos 11 encuentros.
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