Efter at have vundet en gruppe, hvor også Argentina var med, lagde et selvsikkert Marokko målrettet ud.
Villarreals Ilias Akhomach tvang Patrick Schulte til en smart redning inden for de første 15 minutter, efter at hans holdkammerater havde skabt plads med et veludført kort hjørnespark.
Da kampen nærmede sig den halve time, gav Marokkos tidlige pres endelig pote, da Nathan Harriel begik straffespark for at sparke Soufiane Rahimi ned.
Al Ain-angriberen rejste sig op igen og scorede sit femte mål i turneringen med et velovervejet straffespark i det nederste hjørne.
Efter en svær første halvlegvidste Stars and Stripes, at de var nødt til at forbedre sig, hvis de skulle nå deres første OL-semifinale siden 2000. USA's landstræner Marko Mitrovic må have været lige dele opmuntret og frustreret, da hans hold fik en gylden chance lige før den hele time.
Walker Zimmerman headede et højt indlæg ind til sin midterforsvarer Miles Robinson, som kun kunne sende sin afslutning med venstre fod harmløst forbi fra en ellers lovende position.
Det viste sig i sidste ende at være en dyr fejl, da Marokko kort efter angreb ned ad venstre flanke og fordoblede deres føring bare få minutter senere. Bilal El Khannouss og Abde Ezzalzouli kombinerede, så sidstnævnte kunne trække ind i banen, inden han spillede Akhomach fri til en førstegangsafslutning ved nærmeste stolpe.
Med momentum tilbage i deres favør tilføjede Atlas Lions hurtigt et tredje mål ved Achraf Hakimi.
Efter at have vundet bolden på midterlinjen drev Paris Saint-Germain-backen frem mod kanten af feltet, inden han scorede med en præcis afslutning på sin hjemmebane på Parc des Princes.
Der var stadig tid til, at El Mehdi Maouhoub kunne score på et sent straffespark og dermed sætte prikken over i'et på en dominerende kamp.
Marokko kan nu se frem til en semifinale mod Japan eller Spanien, mens USA kan begynde at planlægge deres hjemmebane-OL i 2028.
Flashscore Kampens spiller: Ilias Akhomach (Marokko)