O boneco foi pendurado simulando um enforcamento em uma ponte perto do centro de treinamento do Real Madrid.
Uma faixa foi colocada na ponte com os dizeres "Madri odeia o Real", segundo fotos e vídeos divulgados pela mídia local.
"Estamos investigando o que aconteceu", disseram fontes policiais à AFP, sem dar mais detalhes até o momento.
Segundo a imprensa espanhola, o lema que aparece no boneco costuma ser usado por torcedores radicais do Atlético de Madrid.
O incidente ocorreu poucas horas antes do Real Madrid vencer o Atlético na prorrogação (3-1) pelas quartas de final da Copa do Rei na noite desta quinta-feira em jogo único no Santiago Bernabéu.
Álvaro Morata colocou o Atlético de Madrid na frente (19), mas Rodrygo empatou (79) para mandar o jogo para a prorrogação, onde gols de Karim Benzema (104) e do próprio Vinícius (120+1) garantiram a vaga.
Vinícius está mais uma vez envolvido em polêmicas após já ter sido alvo de xingamentos racistas na última partida entre as duas equipes.
No clássico da liga em setembro passado, no qual os 'merengues' venceram por 2 a 1, alguns torcedores 'rojiblancos' proferiram insultos racistas contra Vinícius antes e durante a partida.
Esses fatos foram levados aos tribunais, que arquivaram o processo por não terem apurado crime e nem encontrado culpados.
Vinícius "é um jogador de que precisamos, de quem o futebol precisa, que tem um talento extraordinário", disse na quarta-feira o treinador do Real Madrid, Carlo Ancelotti, para quem "temos de protegê-lo no aspecto físico e mental".
O técnico italiano deu essas declarações ao ser questionado sobre as faltas que o jogador brasileiro sofre e suas constantes brigas com adversários e torcedores em suas partidas.
"O vejo motivado. Ele não reclama", acrescentou Ancelotti.
O novo episódio envolvendo o atacante brasileiro desencadeou uma onda de manifestações contrárias e cobrança de responsabilidades, a começar pelo próprio clube.
"Manifestamos a nossa mais firme condenação a acontecimentos que atentam contra os direitos fundamentais e a dignidade das pessoas, e que nada têm a ver com os valores que o futebol e o esporte representam", afirmou o Real Madrid em um comunicado.
O clube 'merengue' agradeceu o apoio recebido "após o lamentável e repugnante ato de racismo, xenofobia e ódio contra o nosso jogador Vinicius" e "confia em que se apurem todas as responsabilidades de quem tenha participado de um ato tão desprezível".
- CBF condena 'intolerância e discriminação' -
"Atos como este são absolutamente repugnantes e inadmissíveis e constrangem a sociedade. Nossa condenação a qualquer ato que atente contra a dignidade de pessoas ou instituições é contundente e sem paliativos", afirmou o Atlético em um comunicado.
"A rivalidade entre os dois clubes é máxima, mas o respeito também", acrescentou o clube 'rojiblanco', confiante de que "as autoridades poderão esclarecer o ocorrido".
A CBF manifestou que "repudia veementemente os atos racistas sofridos mais uma vez por Vini Jr. A intolerância e a discriminação não fazem parte do esporte e devem ser extintas da sociedade".
A LaLiga, após manifestar seu repúdio, afirmou que "instará à apuração dos fatos em busca da condenação dos responsáveis, requerendo as mais severas sanções penais".
A Federação Espanhola de Futebol (RFEF) também se manifestou em mensagem no Twitter: "Condenamos veementemente os atos de ódio contra Vinícius. Intolerância e violência não cabem no futebol".
O mesmo fez o sindicato de jogadores AFE. "Condenamos este episódio inadmissível, que constitui crime de ódio. O AFE já está em contato com diferentes instituições e vai se apresentar como acusação particular em qualquer caso que seja aberto sobre este fato intolerável"