Sociala medier filmade på Plaza Major visade skadade fans och officerare i kroppspansar svinga batonger.
BBC-journalisten Phil Mackie bekräftade att polisen använde stafettpinnen för att rensa delar av torget.
Tidigare sa spanska polisen att åtta Leicester-fans greps för att ha "orsakat en röra" på tisdag kväll.
Footprint posted online visade en grupp officerare som blev måltavla med missiler och fans som sjöng "Gibraltar är vår" i Plaza Major, där Leicesters fans fick höra att de kunde samlas.
Ett vittne sade till BBC 5 live: "Det fanns ett par människor som förmodligen retade polisen, men sedan tog de ut alla dessa människor här.
"Det fanns människor med barn, de kom in med batonger och det fanns en 70-årig man och barnen [i vägen]."
Owynn Palmer-Atkin, som rapporterade för BBC Radio Leicester, sade: " Det var ett par bloss som gick av - blå rök, sedan en smäll, och det är när du hörde tonen i den mässande förändringen.
"Publikens ljud verkar tystna och sedan bli mer av panik.
"Det var en annan smäll och det var då upplopp vans började laddning över torget. Jag tycker det är otroligt att en polisbil skulle färdas så fort på ett trångt torg."
BBC:s presentatör Gary Lineker, ett Leicester City-fan och före detta Foxes -spelare, twittrade: " Jag såg precis filmen av några Leicester-fans som beter sig föraktligt i Madrid. De få idioterna förstör det för den anständiga majoriteten. Sjukdom."
På tisdag kväll sa Phil Mackie att han bevittnade vad som verkade vara en oprovocerad attack på supportrar.
Han rapporterade att han såg polisen åtala en grupp Leicester-fans som gick i stadens centrum innan tre knuffades till marken, träffade med batonger och buntade in i baksidan av skåpbilar.
Polisen sa att sex officerare också attackerades i oroligheterna över natten.
De åtta gripna fansen är kvar i häktet och kommer att ställas inför rätta på torsdag.
Leicester City-fans var inblandade i ytterligare sammandrabbningar med den spanska polisen inför deras Champions League slips mot Atlantico Madrid.