O tricampeão de Munique venceu por 5-7, 6-0 e 6-2 e vai defrontar o italiano Flavio Cobolli no sábado por um lugar na final.
Zverev entrou com tudo para chegar a uma vantagem de 4-1 no primeiro set, mas perdeu subitamente o ritmo, ganhando apenas mais um jogo, enquanto Cerundolo recuperou para vencer o primeiro set.
No início do segundo set, e com o apoio do público da casa, o jogador de 28 anos encontrou a sua forma tão rapidamente como a tinha perdido, recuperando para vencer os dois sets finais e perdendo apenas dois jogos.
"Mesmo no primeiro set, quando estava a ganhar 4-1, ele começou a jogar e a responder de forma inacreditável. A minha percentagem de primeiro serviço era muito elevada e ele começou a devolver um pé à frente da linha de base. Por isso, não havia nada que eu pudesse fazer", disse Zverev.
O alemão chegou ao jogo de sexta-feira com uma vantagem de 4-3 na carreira sobre Cerundolo, quinto cabeça de série, mas nunca tinha vencido o argentino na terra batida em três jogos anteriores.
"Definitivamente feliz por conseguir a vitória hoje contra Francisco, pela primeira vez na terra batida", disse Zverev no court após a vitória.
Zverev, cujo título mais recente veio em Munique há um ano, está a perseguir um quarto triunfo no torneio, tendo também vencido em 2017 e 2018.
Do outro lado do sorteio, o americano Ben Shelton, segundo cabeça de série, superou o adolescente brasileiro João Fonseca para manter vivas as esperanças de uma desforra da final de Munique de 2025 com Zverev. Shelton, o número seis do mundo, venceu por 6-3, 3-6 e 6-3 e vai defrontar Alex Molcan, que venceu Denis Shapovalov (2-0), nas meias-finais.
O norte-americano nunca ganhou um torneio em terra batida, tendo perdido em sets diretos para Zverev em Munique, há um ano.
Mais cedo, Cobolli foi o primeiro a garantir um lugar na final four depois de derrotar o checo Vit Kopriva por 6-3 e 6-2.
A jogar na sua superfície favorita, o quarto cabeça de série venceu o primeiro set e conseguiu uma vantagem de 5-1 no segundo. Perdeu dois match points no serviço de Kopriva, antes de fechar a partida no jogo seguinte.