Vondrousova, número 60 de la WTA, provocó una nueva decepción en Nueva York a Rybakina con un triunfo por 6-4, 5-7 y 6-2 en el último duelo nocturno en la pista central.
La checa se emocionó hasta las lágrimas tras sellar su regreso a los cuartos de Flushing Meadows tras causar baja por lesión la pasada edición.
"Fue un partido muy duro. Después de todo lo que pasé, es increíble estar aquí otra vez", dijo la tenista de los brazos tatuados, que pasó por dos graves lesiones en los últimos tres años.
Esta semana, Marketa ya había eliminado a la italiana Paolini, la séptima cabeza de serie, y este domingo lastimó con su servicio a una Rybakina que se autodestruyó con 38 errores no forzados.
La checa se enfrentará a la bielorrusa Sabalenka, número uno mundial, en sus primeras semifinales de Grand Slam desde su victoria en Wimbledon en 2023.
Rybakina campeona en la hierba londinense en 2022, jugaba por primera vez los octavos de final del US Open, el Grand Slam en el que peores resultados ha conseguido.