Sabalenka levantó un set en contra para imponerse por un marcador de 4-6, 6-3 y 6-4 a Pegula, a la que ya había derrotado el año pasado en la final en Nueva York.
La número uno mundial se enfrentará el sábado en la final a la estadounidense Amanda Anisimova, que derrotó a la japonesa Naomi Osaka en otro duelo que se resolvió en tres sets.
A diferencia del año pasado, cuando Pegula, de 31 años, se estrenaba en una final de Grand Slam, Sabalenka necesitó este jueves toda su sangre fría y su tenis de acero.
La neoyorquina Pegula, barrida en la pasada final en dos sets, se apropió esta vez del primer parcial y también tuvo cuatro pelotas de break para igualar el marcador en el tercero.
La satisfacción de Sabalenka
"No sé como lo hice. Solo estaba rezando internamente y esperando lo mejor", dijo Aryna, de 27 años, sobre las oportunidades salvadas en la última manga.
"Tuve que trabajar muy duro para conseguir esta victoria", reconoció la bielorrusa, que celebró con un sonoro rugido al convertir su tercera pelota de partido.
En busca de su primer título de Grand Slam del año, la de Minsk puede ser también la primera campeona en revalidar el trofeo en Flushing Meadows desde los tres seguidos de Serena Williams entre 2012 y 2014.