Recorde as incidências da partida
Navarro, 13.ª cabeça de série, aproveitou as 19 duplas faltas e os 60 erros não forçados de Gauff, terceira cabeça de série, para vencer por 6-3, 4-6 e 6-3 e marcar encontro com a espanhola Paula Badosa nos quartos de final.
A derrota de Gauff significa que Serena Williams continua a ser a última mulher a defender com sucesso o título do US Open, em 2014.
Navarro tinha derrotado Gauff em Wimbledon, em julho, e voltou a dominar no domingo desde o início.
A nova-iorquina quebrou para 4-2 no primeiro set e selou a vitória no nono jogo, em que uma jogada se prolongou por 27 pancadas.
Gauff foi prejudicada por 21 erros não forçados contra os escassos oito de Navarro.
Navarro chegou a uma vantagem de 4-3 no segundo set com mais um break depois de Gauff ter cometido a sua oitava dupla falta do encontro.
No entanto, Gauff, que tinha perdido o primeiro set na sua vitória na terceira ronda contra Elina Svitolina, recuperou para ganhar os três jogos seguintes e empatar a partida.
Foi apenas uma breve pausa para a jovem de 20 anos, que cometeu mais três duplas faltas no terceiro jogo da decisão e voltou a sofrer uma quebra.
A campeã não conseguiu recuperar e Navarro passou pela primeira vez aos oitavos de final do torneio da sua cidade natal.