O atacante do Real Madrid marcou o único gol da França na vitória por 1 a 0, mas imediatamente sentiu desconforto no joelho durante o chute e não conseguiu comemorar adequadamente.
Mbappe recebeu tratamento em campo antes de tentar continuar brevemente. Ele então caiu novamente e pediu para ser substituído, deixando o campo mancando aos 58 minutos.
A França confirmou posteriormente que o jogador de 27 anos deixaria o acampamento da seleção e retornaria a Madrid para tratamento adicional.
"Kylian Mbappe machucou o joelho ao marcar o gol da vitória e sofreu uma lesão no tendão; ele retornará a Madrid para tratamento," disse a Federação Francesa de Futebol.
A extensão da lesão será avaliada em Madrid, com os primeiros testes médicos agendados para sábado.
Zinedine Zidane, assumindo o comando da França pela primeira vez, admitiu que a situação era preocupante e disse que não havia razão para arriscar agravar o problema.
"Infelizmente, a lesão de Mbappe não está indo bem. Acho que ele vai ter que retornar a Madrid. Não vamos correr riscos," disse Zidane. TF1.
"Ele sofreu uma hiperextensão no joelho ao chutar. Não é exatamente um bom indicativo de que ele pode continuar jogando."
A lesão é particularmente preocupante para o Real Madrid porque Mbappe teve problemas anteriores com o mesmo joelho na temporada passada.
Ele é o segundo jogador do Real Madrid a retornar do acampamento da França com uma lesão no joelho nos últimos dias, seguindo Ibrahima Konate, que sofreu uma entorse leve.
A lesão de Mbappe também traz um revés precoce para o primeiro acampamento internacional de Zidane, com a França ainda tendo três partidas restantes durante a atual pausa internacional.
O gol do atacante foi o 67º dele pela França, mas sua noite terminou momentos depois, quando a lesão o forçou a deixar o campo.
O Real Madrid agora aguardará os resultados dos exames de sábado antes de determinar quanto tempo seu principal atacante poderá ficar de fora.