De 32-dobbelte vindere var uden store navne som Taylor Fritz, der blev nummer to i US Open, Tommy Paul og Frances Tiafoe til deres kampagne i gruppespillet i denne uge, men de havde stadig masser af ildkraft til at nedlægge Tyskland og vinde for tredje gang i træk.
Brandon Nakashima gav amerikanerne en 2-0-føring ved komfortabelt at slå Maximilian Marterer 6-4 6-2 i dagens anden singlekamp og holdt sin perfekte stime i sin første Davis Cup.
"Det har været utroligt hele ugen. Det er specielt at være en del af dette hold," sagde Nakashima.
"At repræsentere landet har altid været en drøm for mig, siden jeg begyndte at spille tennis, så jeg er super glad for, at jeg var i stand til at få tre sejre på tavlen for holdet."
Verdens nummer 309 Reilly Opelka, der er tilbage på banen i denne sæson efter hofte- og håndledsoperationer, reddede tre matchbolde og skruede op for sin store serv, da det gjaldt, for at vinde over debutanten Henri Squire 6-7(4) 7-6(9) 6-3 7(4) 7-6(9) 6-3 tidligere.
Tim Puetz og Kevin Krawietz overvandt Rajeev Ram og Austin Krajicek 6-1 7-6(4) i doublekampen senere, men USA's kaptajn Bob Bryan var tilfreds med en fantastisk uge, der understregede holdets dybde inden for singlerne.
"Vi har mange gode spillere i USA lige nu, det kan man se på ranglisterne. Der er mange at vælge imellem til finalen," sagde Bryan.
"Hatten af for de fyre, der er kommet her og har båret os til Malaga. Vi har et par måneder til at slappe af og blive klar, men det bliver sjovt derovre. Vi ser frem til det."
De to bedste lande fra fire grupper, der er baseret i forskellige byer, går videre til knockoutfasen i Final 8, der afholdes i Malaga i november.
Sværvægterne Spanien og Australien havde også kvalificeret sig efter fredagens kamp sammen med USA og Tyskland.
De fik følgeskab af de forsvarende mestre fra Italien, som gik videre, efter at Brasilien havde ført 2-0 mod Belgien i Bologna, da Joao Fonseca slog Raphael Collignon 6-3 6-7(2) 6-3, før Thiago Monteiro slog Zizou Bergs 4-6 7-6(5) 7-5.
Belgien holdt liv i deres eget håb om at gå videre fra gruppe A, da Sander Gille og Joran Vliegen vandt 6-3 3-6 6-4 over Rafael Matos og Felipe Meligeni Alves.
Argentina fik deres første kvartfinale siden 2019 med en 3-0-sejr over Finland i gruppe D i Manchester, efter at Maximo Gonzalez og Andres Molteni gik forbi Harri Heliovaara og Patrick Kaukovalta 6-3(7) 6-4 6-3.
Tomas Martin Etcheverry slog tidligere Eero Vasa 7-6(5) 6-3, og Francisco Cerundolo besejrede Otto Virtanen 6-7(4) 6-1 6-0.
Frankrig vandt en double mod Tjekkiet sent lørdag aften i gruppe B, men ingen af dem er med i jagten efter at have tabt begge deres kampe i Valencia.