Juara Skotlandia Celtic dan perempat finalis musim lalu Porto keduanya kalah di kandang sendiri dan tersingkir dari Liga Champions di babak kualifikasi ketiga.
Ada peluang tipis bagi semifinalis musim lalu Ajax ketika Istanbul meninggalkan Basaksehir di tangan Olympiacos.
Manajer Celtic Neil Lennon mengakui mereka tertembak setelah kalah 4-3 di kandang dari CFR Cluj untuk kalah agregat 5-4.
Tonton olahraga terbaru di Channel 7 atau streaming gratis 7 ditambah >>
The Hoops memulai babak kedua dengan gemilang untuk unggul 2-1 melalui gol James Forrest dan Odsonne Edouard, tetapi handball Scott Brown memungkinkan Billel Omrani mencetak gol dari titik penalti.
Ryan Christie segera membawa Celtic kembali unggul, tetapi Omrani menyamakan kedudukan melalui rebound pada menit ke-80 untuk membawa tim Rumania unggul melalui gol tandang.
George Tucudean kemudian mencetak gol dengan tendangan terakhir pertandingan untuk memastikan kemenangan tim tamu.
“Kami unggul dua kali dan kami memberikannya begitu saja,” kata Lennon.
Porto memulai di Krasnodar setelah kebobolan tiga gol di babak pertama dalam kekalahan 3-2.
Setelah mencetak dua gol balasan untuk membuat agregat kembali menjadi 3-3, para pemain Portugal terus menekan namun pertahanan yang kokoh membuat tim Rusia tetap unggul.
Ajax terhindar dari menjadi mantan juara Eropa ketiga yang tersingkir saat mereka melewati malam yang menegangkan dengan mengalahkan PAOK 3-2 dan menyamakan kedudukan 5-4.
Tuan rumah Belanda menghadapi eliminasi ketika mantan pemain muda mereka Diego Biseswar mencetak gol untuk PAOK pada menit ke-23 untuk membawa Yunani unggul agregat 3-2.
Kapten Ajax Dusan Tadic kebobolan satu penalti tetapi mencetak gol kedua untuk menyamakan kedudukan.
Sundulan Nicolas Tagliafico akhirnya membawa Ajax unggul pada menit ke-79, sebelum gaya fisik kasar PAOK memberi Ajax penalti ketiga yang berhasil diselamatkan oleh Tadic.
Biseswar kembali mencetak gol di masa tambahan waktu bagi PAOK untuk membawa Ajax kembali dalam bahaya, namun juara Belanda itu bertahan untuk menang.
Saya senang kami akhirnya sampai di sana, tapi jangan tanya saya bagaimana caranya,” kata gelandang Ajax Donny van de Beek.
“Ini adalah tim yang sangat sulit untuk dilawan.”
APOEL dari Siprus menang 2-0 melawan Qarabag dari Azerbaijan untuk maju ke babak play-off dengan agregat 3-2, sementara Red Star dan FC Copenhagen masing-masing mengambil 11 penalti sebelum kegagalan Jonas Wind membuat tim Serbia lolos.
Radovan Pankov dari Wind dan Red Star masing-masing mengambil dua penalti dalam adu penalti saat Red Star mengakhiri pertandingan dengan 10 orang.
Tim lain yang mencapai babak play-off Liga Champions adalah Club Brugge, Dinamo Zagreb, LASK dan Rosenborg.
UNDIAN PLAYOFF LIGA CHAMPIONS:
CFR Cluj (ROU) vs Slavia Prague (CZE) APOEL (CYP) vs Ajax (NED) LASK (AUT) vs Club Brugge (BEL) Dinamo Zagreb (CRO) vs Rosenborg (NOR) Young Boys (SUI) vs Red Star (SRB ) ) ) Olympiakos (GRE) di Krasnodar (RUS)
