Recorde as incidências do encontro
Bencic, que está de regresso depois de ter sido mãe no ano passado, recuperou de um set de desvantagem contra a número três mundial para vencer por 3-6, 6-3 e 6-4.
Gauff, que faz 21 anos na quinta-feira, já teve dificuldades em ultrapassar as suas duas passagens pelo deserto californiano, onde ainda não chegou a uma final perante o seu público.
A vencedora do US Open de 2023 teve mais uma fraca prestação de serviço, com oito duplas faltas, o que facilitou a Bencic ganhar confiança ao longo do encontro.
A suíça, que este ano está a competir por convite, acabou por eliminar a sua maior vítima desde o seu regresso bem sucedido à competição em outubro, depois de ter dado à luz a sua primeira filha.
Ela venceu 17 dos 21 jogos que disputou este ano e até ganhou o torneio WTA 500 em Abu Dhabi, tornando-se a primeira mãe a ganhar um título desde Elina Svitolina em maio de 2023.
"Durante o jogo estava a dizer a mim mesma que não importa se não ganhar este jogo, já ganhei um na vida, tenho uma família linda", disse Bencic. "Continuo a querer ganhar no ténis, mas as minhas prioridades mudaram".
A próxima adversária de Bencic, campeã olímpica nos Jogos de Tóquio-2020, vem do cruzamento entre a americana Madison Keys, vencedora do último Open da Austrália, e a croata Donna Vekic.