Pisapia fick omkring 55 procent av rösterna medan sittande borgmästaren Letizia Moratti bara nådde upp till 45 procent.

- Det här är en tung förlust och den störste förloraren är premiärministern, säger Leonardo Boriani, chefredaktör för högerpartiet Lega Nords tidning La Padania.

Ett bakslag för Berlusconis parti i Milano anses vara extra smärtsamt för premiärministern, vars politiska framtid ifrågasätts allt mer.

Även Neapel föll i oppositionens händer. Mitten-vänsterblocket behöll därtill lätt makten i Turin och Bologna redan i första valomgången.

Utsikten att det kunde bli en tung förlust har gjort slitningarna inom Berlusconis koalition Frihetens folk fullt synliga. Inte minst Lega Nord har öppet vädrat sitt missnöje.

Resultaten i lokalvalen öppnar för nyval på riksplanet.

- De här resultaten gör nyval mer sannolikt, förmodligen redan nästa år, och jag ser ingen möjlighet till att en handlingsförlamad regering ska genomföra meningsfulla ekonomiska reformer, säger Maurizio Pessato på opinionsföretaget SWG.