Filip Bundgaard bragte ellers Brøndby foran efter fikst opspil i Brøndbys venstreside efter lidt over tyve minutter, men kort efter udlignede den rutinerede tjekke Tomas Pekhart til 1-1 efter tilsvarende svigtende opdækning inde foran Patrick Pentz i Brøndbys mål.
Mathias Kvistgaarden kunne med ti minutter igen af første halvleg igen bringe de blå/gule foran på oplæg fra en glimrende Filip Bundgaard, og den stilling holdt til pausen.
I anden halvleg sad Brøndby egentlig godt på kampen, men en fæl brøler af Noah Nartey gav polakkerne mulighed for at udligne på en hurtig kontra, og den udnyttede Luquinhas.
Brøndby pressede hårdt på for endnu en føring og et markant bedre udgangspunkt inden returkampen i Polen i næste uge.
I stedet scorede Legia endnu en gang på en kontra ved indskiftede Ryoya Morishita.
I overtiden lignede det, at Brøndby skulle have tilkendt et straffespark, men VAR blev ikke konsulteret efter noget tids overvejelse. Dermed løb Brøndby ind i en kold afvaskning, men har dog chancen for at vende resultatet i returopgøret.
Brøndby begik store fejl, og de blev straffet effektivt af udeholdet i en kamp, hvor der blev scoret på stort set alle chancer.
Ramt af flere skader havde Brøndby ikke bredde til at stå distancen, mens Legia indskiftede Blaz Kramer, der med to assister blev meget afgørende.
Kampens indledning bød på høj intensitet, men ingen offensive indslag, men det blev der lavet om på efter knap 20 minutter i et ungt samarbejde.
18-årige Clement Bischoff fandt i feltet 20-årige Filip Bundgaard, der fra en lidt spids vinkel huggede bolden tørt ind til 1-0.
På det tidspunkt havde polakkerne intet haft at byde ind med, men bagud rykkede udeholdet spillet frem - og med hurtigt afkast.
Bare fem minutter senere lod Brøndbys opdækning meget tilbage at ønske, og den tjekkiske angriber Tomás Pekhart flugtede efter et indlæg udligningen ind ved bageste stolpe.
Brøndby reagerede positivt på udligningen og sluttede halvlegen bedst af.
Efter 35 minutter gav det en ny føring, da Bundgaard brød igennem til baglinjen og sendte bolden bagud til Mathias Kvistgaarden, der dirigerede bolden ind.
Kvistgaarden udgik med en ribbensskade i søndagens kamp mod Lyngby, men bed smerterne i sig for at bidrage mod Legia.
Efter pausen var kampen noget låst. Det skulle en stor Brøndby-fejl dog ændre på. Unge Noah Nartey forærede bolden til en modstander, og så gik det stærkt. Kramer fandt Luquinhas, der let kunne udligne med 20 minutter tilbage.
Og det blev værre endnu. Da Brøndby i slutfasen jagtede et sejrsmål, slog Legia i stedet kontra og scorede ved japaneren Ryoya Morishita.
Dermed er Legia favorit til at gå samlet videre, når der om en uge er returkamp i den polske hovedstad.
Den samlede vinder af opgøret vil stå med store chancer for at nå Conference League, da der venter på papiret nemmere modstand i enten FK Auda fra Letland eller FC Drita fra Kosovo.