Barcelona tog ledningen på tilläggstid i första halvleken, genom Jules Kounde. Chimy Avila kvitterade för Osasuna i 76:e minuten.
I den 84:e minuten fick Osasunas Alejandro Catena rött kort, och fick spela med en man mindre sista sex minuterna.
Missa inget viktigt, följ oss på GoogleDet matchavgörande målet kom i matchens absoluta slutskede, med fyra minuter kvar att spela, när Robert Lewandowski slog till och gjorde mål på straff för Barcelona.
Det här var Barcelonas andra uddamålsseger.
Efter fyra matcher har Osasuna nu sex poäng och Barcelona har tio poäng.
I nästa omgång har Osasuna Getafe borta på Coliseum Alfonso Pérez, söndag 17 september 14.00. Barcelona spelar hemma mot Real Betis lördag 16 september 21.00.