Ngay ở những điểm đầu tiên trong game đầu set 1, Federer đã cho thấy những bất ổn với những cú đánh rúc lưới xuất hiện với tần suất dày đặc. Tay vợt Thụy Sỹ chỉ tạo được khác biệt ở game 6 khi giành break đầu tiên trước Sandgren, qua đó đi đến chiến thắng ở set 1 với tỉ số 6-3.
Vấn đề xảy đến với Federer từ set 2, khi “Tàu tốc hành” mất break ngay ở game 2 và để đối thủ thắng liền một lúc 3 game. Với lối chơi di chuyển linh hoạt và những cú trái tay uy lực, Sandgren khiến Federer rất vất vả chống đỡ và thường xuyên lâm vào thế bị động. Bên cạnh đó, tay vợt Mỹ còn sở hữu khả năng phát bóng thượng thặng, với tổng cộng 27 cú ace ở trận này.
Việc thua cách biệt ở set 2 khiến Federer có phần căng cứng về tâm lý. Sau khi tiếp tục để đối thủ dẫn 3-0 ở set 3, Federer xin chăm sóc y tế và rút ngắn tỉ số xuống 1-3 ngay sau khi trở lại. Tuy nhiên điều đó cũng không ngăn cản được cơn hưng phấn của Sandgren, giúp tay vợt Mỹ tiếp tục giành chiến thắng 6-2 ở set 3.
Đẳng cấp của Federer được thể hiện từ set 4. Đây là thời điểm Sandgren rất mong muốn kết thúc sớm trận đấu, nhưng chính tâm lý vội vàng đó đã khiến anh trả giá đắt. Tay vợt Mỹ bỏ lỡ tới 7 cơ hội giành match-point và thường xuyên bị tâm lý ở những thời điểm quan trọng. Trong khi đó, Federer vẫn giữ được sự điềm tĩnh hiếm có và tỏ ra chính xác trong những pha xử lý quyết định.
Sau khi tuột mất cơ hội giành chiến thắng, Sandgren tỏ ra mất phong độ ở set 5, đồng thời thể lực của tay vợt Mỹ cũng bị hao tổn nặng nề. Dù rất cố gắng nhưng Sandgren không thể tiếp tục tạo ra bất ngờ trước một Federer quá già dặn. “Tàu tốc hành” giành break ở game 6, tạo tiền đề cho chiến thắng 6-3, qua đó giành thắng lợi chung cuộc 3-2 (6-3, 2-6, 2-6, 7-6 (10-8), 6-3). Đây là lần thứ 15 trong sự nghiệp Federer tiến vào bán kết Australian Open. Anh trở thành tay vợt lớn tuổi nhất góp mặt ở vòng bán kết kể từ năm 1977 khi đã 38 tuổi 178 ngày. Đối thủ của "Tàu tốc hành" ở bán kết là người thắng trong cặp Novak Djokovic và Milos Raonic.
