Et tafatt oppgjør mot defensivt sterke PSV endte 0-0 på hjemmebane.
Samtidig vant tredjeplasserte Wolfsburg 2-0 over CSKA Moskva.
Dermed er kampen om plassene i cupspillet fra gruppe B fortsatt helt åpen.
Wolfsburg topper tabellen etter sin 2-0-seier over CSKA Moskva onsdag, mens United og PSV følger henholdsvis ett og to poeng bak.
I siste runde skal United ut i en vanskelig bortekamp mot Wolfsburg, mens PSV får besøk av CSKA hjemme i Eindhoven.
Det kan bli en ubehagelig kveld for Wayne Rooney og resten av de røde djevlene.
– Dette er ikke ideelt. Nå må vi vinne neste kamp, sier Rooney i et intervju vist på Viasat.
– Hvor frustrerende var dette?
– Jeg føler at vi tok sjanser. I andre omgang endret PSV taktikk, og det klarte vi ikke å takle, sier en skuffet United-kaptein.
Martial kunne avgjort
Louis van Gaals Manchester United-lag har fått kritikk for ikke å skape nok sjanser den siste tiden, men onsdag kunne det fort kommet både ett og to mål allerede før pause.
Sommerkjøpet Anthony Martial fikk to store muligheter onsdag kveld, men måtte se PSV-keeper Jeroen Zoet avverge begge på strålende vis.
Samme mann sto i veien da midtbanespiller Morgan Schneiderlin fikk avslutte fra fire meter etter et hjørnespark midt i omgangen. Avslutningen ble stoppet på streken.
Etter pause fortsatte hjemmelaget å trykke på. Jesse Lingard fikk den første målsjansen da han forlenget et innlegg fra Martial med hodet, men ballen strøk stolpen.
Kvarteret før slutt avsluttet samme mann på volley fra god posisjon, men ballen føk langt over mål. Dermed måtte et frustrert United-mannskap innse at kvelden forble målløs.
Innbytter-helt
Innbytteren avgjorde for Wolfsburg Wolfsburg tok på sin side en sterk 2-0-seier borte mot CSKA Moskva onsdag.
Tidligere Chelsea-spiller André Schürrle sto bak begge scoringene etter å ha kommet inn som innbytter halvtimen før slutt.
25-åringen hadde vært på banen i seks minutter da han fra meget spiss vinkel hamret inn ledermålet via CSKA-keeper Igor Akinfejev.
To minutter før full tid doblet Schurrle ledelsen etter forarbeid av en annen innbytter, Sebastian Jung. På overtid kunne Nicklas Bendtner ha gjort 3-0, men avslutningen traff treverket.