Vid ställningen 2–1 sköt Axel Kouame i stolpen i matchminut 35. Kevin Filling petade in returen.
Men linjedomare Mehmet Culum dömde bort målet för offside. TV-bilderna visar att det inte var offside.
– Det är inte olyckligt. Det är dåligt. Det är jättedåligt gjort, sa TV4:s expert Alexander Axén i halvtid.
Samma linjedomare uppmärksammades efter Gais felaktigt bortdömda mål mot Djurgården i premiäromgången.
Djurgården gjorde sedan 3–1. Filling konstaterade efteråt att målet borde ha godkänts.
– Skittråkigt, men jag kan inte göra något nu. Det står 3–1 och vi måste vara bättre, sa 17-åringen till TV4 Play.
SVT:s expert Jonas Eriksson kallade felbedömningen psykologiskt tung för AIK.
Derbyförlusten innebär att AIK fortsätter jaga sin första seger mot Djurgården på hemmaplan på länge.