Der Stürmer von Real Madrid erzielte das einzige Tor Frankreichs beim 1:0-Sieg, fühlte jedoch sofort Unbehagen im Knie während des Schusses und konnte nicht richtig feiern.
Mbappe erhielt auf dem Platz Behandlung, bevor er kurz versuchte, weiterzuspielen. Er fiel dann erneut zu Boden und bat um einen Wechsel, als er in der 58. Minute humpelnd das Feld verließ.
Frankreich bestätigte anschließend, dass der 27-Jährige das Nationalteam-Camp verlassen und nach Madrid zurückkehren würde, um weitere Behandlungen zu erhalten.
"Kylian Mbappe hat sich beim Erzielen des Siegtores das Knie verletzt und hat eine Sehnenverletzung erlitten; er wird nach Madrid zurückkehren, um behandelt zu werden", sagte der französische Fußballverband.
Das Ausmaß der Verletzung wird in Madrid beurteilt, wobei die ersten medizinischen Tests für Samstag angesetzt sind.
Zinedine Zidane, der zum ersten Mal die Verantwortung für Frankreich übernahm, gab zu, dass die Situation besorgniserregend sei und sagte, es gebe keinen Grund, das Problem zu verschärfen.
"Leider läuft es mit Mbappes Verletzung nicht gut. Ich denke, er wird nach Madrid zurückkehren müssen. Wir werden keine Risiken eingehen", sagte Zidane. TF1.
"Er hat eine Überdehnung im Knie erlitten, als er schoss. Es ist kein gutes Zeichen, dass er weiter spielen kann."
Die Verletzung ist besonders besorgniserregend für Real Madrid, da Mbappe in der letzten Saison bereits Probleme mit demselben Knie hatte.
Er ist der zweite Spieler von Real Madrid, der in den letzten Tagen mit einer Knieverletzung aus dem Frankreich-Camp zurückkehrt, nach Ibrahima Konate, der sich eine leichte Verstauchung zuzog.
Mbappes Verletzung bringt auch einen frühen Rückschlag für Zidanes erstes internationales Camp, da Frankreich während der aktuellen Länderspielpause noch drei Spiele zu absolvieren hat.
Das Tor des Stürmers war sein 67. für Frankreich, aber seine Nacht endete kurz darauf, als ihn die Verletzung vom Platz zwang.
Real Madrid wird nun auf die Ergebnisse der Untersuchungen am Samstag warten, bevor entschieden wird, wie lange ihr führender Stürmer ausfallen könnte.