Den tredjeseedede russer Medvedev fik revanche for sin sejr over Novak Djokovic i 2021 , da han besejrede Alcaraz med 7-6(3), 6-1, 3-6, 6-3 i en medrivende kamp på tre timer og 19 minutter på Arthur Ashe Stadium.
Den spanske stjerne Alcaraz havde håbet på at blive den første mand til at forsvare US Open siden Roger Federer i 2008 og så frem til en stor finale mod den 23-dobbelte Grand Slam-mester i single, Djokovic, på søndag.
Men Medvedev - som knuste Djokovic' drøm om en Grand Slam i kalenderåret for to år siden, da han slog serberen i to sæt i finalen i New York - rev endnu engang manuskriptet i stykker.
Den 27-årige fra Moskva havde før fredagens semifinale sagt, at han skulle levere en "11 ud af 10"-præstation for at slå Alcaraz, som havde besejret russeren komfortabelt i to tidligere møder i denne sæson.
Medvedev skulle vise sig at holde sit ord i løbet af en duel af høj kvalitet, som helt sikkert er en kandidat til turneringens kamp.
Medvedev vandt i det niende parti i et neglebidende fjerde sæt, da han smashede en desperat returnering fra Alcaraz og udnyttede sin fjerde matchbold.
"Fantastisk, især at slå en som Carlos," sagde Medvedev. "Før kampen havde jeg helt sikkert en masse tvivl efter at have tabt let til ham to gange i år.
"Jeg sagde, at jeg var nødt til at spille 11 ud af 10 - jeg spillede 12 ud af 10, bortset fra tredje sæt."
Alcaraz reflekterede i mellemtiden over et nederlag, der gik stik imod de kommentarer, han kom med tidligere i turneringen, hvor han sagde, at han var en mere moden og mentalt hårdere spiller, end da han vandt titlen for et år siden.
"Ikke moden nok
"Jeg troede, at jeg lige nu var en bedre spiller til at finde løsninger, når kampen ikke går i den rigtige retning for dig," sagde Alcaraz.
"Men efter denne kamp vil jeg ændre mening. Jeg er ikke moden nok til at håndtere den slags kampe. Så jeg er nødt til at lære om det.
"Jeg kommer til at tænke på det her nederlag i lang tid. Selvfølgelig skal jeg lære af det. Jeg vil gerne være bedre. Den slags kampe hjælper dig meget med at blive bedre og vokse op i den slags situationer."
Medvedev havde taget det tidlige initiativ ved at tage første sæt i tie-break, efter at ingen af spillerne havde haft breakmuligheder i det første sæt.
Mens Alcaraz med det samme så ud til at finde rytmen og blandede sine tunge grundslag med flere af sine karakteristiske drop shots, var det Medvedev, der sejrede i tiebreaken.
Opmuntret af det tidlige gennembrud løb Medvedev af sted med andet sæt, brød Alcaraz i det andet parti til en 2-0 føring og sikrede sig derefter endnu et break i det sjette parti med en forrygende baghåndsvinder ned ad linjen, der susede forbi hans modstander.
Det gav Medvedev en føring på 5-1, og han servede komfortabelt ud og tog en føring på to sæt.
Alcaraz slog tilbage og tog tredje sæt, da Medvedev sendte en returnering i nettet, hvilket bragte det op i fjerde sæt.
Det afgørende break kom i det sjette parti, hvor Medvedev bragte sig foran 4-2 med endnu en herlig baghåndsreturnering, som Alcaraz ikke kunne håndtere.
Begge mænd holdt derefter serv, så Medvedev servede for kampen ved 5-3.
Alcaraz reddede tappert tre matchbolde, men på den fjerde matchbold sendte Medvedev en kæmpeserv af sted, som spanieren kun kunne returnere til med en looping.
Medvedev hamrede en forhånd op i hjørnet, og selvom Alcaraz fik den tilbage, ventede Medvedev ved nettet og smashede en ustoppelig vinder.