Sau 2 vòng đầu có phần chậm chạp, "Tàu tốc hành" đã tìm lại được nhịp độ. Federer vùi dập Daniel Evans 3-0 ở vòng 3 và mới dễ dàng vượt qua David Goffin 6-2, 6-2, 6-0 ở vòng 4. Thậm chí 2 chiến thắng này còn là 2 trận thắng nhanh nhất US Open năm nay (80 phút và 79 phút). Chiến thắng này đưa tay vợt Thụy Sỹ cân bằng thành tích lần thứ 13 lọt vào tứ kết US Open của Andre Agassi và xếp sau người đứng đầu trong kỷ nguyên Mở là Jimmy Connors với 17 lần. Đây cũng là chuyến đi thứ 56 đến tứ kết Grand Slam của Federer.
Tay vợt 38 tuổi gặp Grigor Dimitrov, sau khi tay vợt có biệt danh "Tiểu Federer" đã đánh bại Alex de Minaur với tỷ số 7-5, 6-3, 6-4. Federer chưa thua một trận nào trong 7 lần đối đầu Dimitrov. Với phong độ và sự hưng phấn hiện tại, Federer hoàn toàn có thể giải mã bản sao của mình. Dimitrov thực tế trên đường vào tứ kết cũng chưa gặp chướng ngại vật nào đáng chú ý.
Tay vợt người Bulgaria không có khởi đầu tốt, 2 lỗi kép liên tiếp mở đầu cho ván giao bóng đầu tiên của anh khiến Federer đoạt break point sớm, và huyền thoại người Thụy Sĩ chỉ việc chơi giữ sức cho các ván giao bóng của mình để thắng set 1 với tỷ số 6-3.
Nhưng sang set 2, Federer bắt đầu có những cú thuận tay thiếu chính xác và mặc dù cứu được break point ở ván 2, Dimitrov đã vượt lên ở ván 6 sau khi "FedEx" đánh hỏng 2 lần liên tiếp khi tỷ số đang là 30-đều. Federer đòi lại break đúng ở game 9 sau khi Dimitrov một lần nữa mắc lỗi kép, nhưng ngay ở ván tiếp theo Federer hỏng ít nhất 2 cú thuận tay và phán đoán sai một tình huống volley, điểm break giúp Federer thắng 6-4.
Dimitrov thể hiện sự kiên cường trong set 3 khi anh cứu tới 3 break point liên tiếp ở ván 5, nhưng 2 ván sau anh để cho Federer dẫn 40-15 và, thêm một lần nữa, mất break vì mắc lỗi kép. Federer không bỏ qua cơ hội này, anh cứu 2 break ở ván tiếp theo trước khi tận dụng cơ hội set point đầu tiên để thắng 6-3.
Nhưng ở set 4, Dimitrov bẻ game ngay lập tức sau khi Federer tiếp tục có những cú thuận tay hỏng, và phần còn lại của set đấu chứng kiến Federer có tới 6 cơ hội đòi lại break, trong đó có tới 5 lần chỉ trong ván cuối, nhưng đều tận dụng không thành. Thua 4-6 ở set 4, Federer sau đó đã phải nhờ bác sĩ chữa trị khiến trận đấu bị gián đoạn gần 10 phút.
Sự nghiêm trọng của chấn thương trở nên rất rõ ràng ở set quyết định, anh thậm chí không di chuyển nổi để đỡ một vài cú đánh đơn giản của Dimitrov. Tay vợt người Bulgaria đoạt 2 break và thắng 4 ván liên tiếp, khiến những nỗ lực thắng 2 game của Federer chỉ là những khúc thiên nga cuối trước khi Dimitrov thắng 6-2 định đoạt set 5.
Lần đầu tiên vượt qua Federer sau trận đấu kéo dài 3 giờ 10 phút, Grigor Dimitrov sẽ gặp Daniil Medvedev ở bán kết.