Muchova, semifinalista en el pasado Abierto de Australia, se llevó el primer set tras una rotura del servicio de la japonesa.
Osaka llegó a estar 3-1 abajo en el segundo set, pero reaccionó para ganar cinco juegos consecutivos y forzar la tercera manga, en la que Muchova, más agresiva, se puso 5-1 y acabó llevándose el partido.
La japonesa, segunda cabeza de serie en Madrid, donde fue cuartofinalista hace dos años, sigue buscando su primer trofeo en tierra batida.
Muchova se enfrentará a la vencedora del duelo entre la griega Maria Sakkari y la estonia Anett Kontaveit por una plaza en los cuartos de final.
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Torneo WTA de Madrid
Individual femenino - Segunda ronda:
Karolina Muchova (CZE) derrotó a Naomi Osaka (JPN/N.2) 6-4, 3-6, 6-1
