Alcaraz kunne ellers ankomme til ATP Masters 1000-turneringen fuld af selvtillid, efter at han for knap to uger vandt sit første mesterskab ved Indian Wells på USA's vestkyst.
Kampen endte dog i en bulgarsk magtdemonstration, hvor Dimitrov kunne lukke forestillingen efter to sæt med cifrene 6-2, 6-4.
"Hvis man skal vinde over ham, skal man ramme sit bedste niveau," siger Dimitrov efter kampen.
"Jeg gik meget fokuseret ind til kampen, og jeg tænkte meget klart over, hvad jeg var nødt til at gøre. Af og til er simpliciteten en genistreg. Det er meget, meget svært at gøre det, især når man er oppe mod sådan en spiller. Men jeg formåede virkelig at diktere kampen."
På den anden side stod en frustreret spanier, der erkender, at han blev sat til vægs af den 32-årige bulgarer.
"Jeg er enormt frustreret lige nu, for han fik det til at føles, som om jeg er 13 år gammel. Altså, det var vildt," siger Alcaraz.
"Jeg snakkede med mit hold, og jeg fortalte dem, at jeg var i vildrede over, hvad jeg skulle gøre. Jeg kender ikke hans svaghed. Jeg vidste ingenting. Det er derfor, jeg er frustreret lige nu."
En triumf i både Indian Wells, som spilles i Californien, og Miami Open, der spilles i Florida, kendes som en "sunshine double". Den sidste spiller, der formåede det, var schweiziske Roger Federer.
Dimitrov har med sejren sikret sig en plads i semifinalen, hvor han skal op mod tyske Alexander Zverev.
I den anden semifinale mødes russiske Daniil Medvedev med italienske Jannik Sinner.