Rublev, primeiro cabeça de chave da competição, foi derrotado pelo americano Ben Shelton (23º) com parciais de 7-5, 6-7 (3) e 6-4.
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Nas semifinais, o tenista de Atlanta terá pela frente o francês Arthur Fils (20º), que surpreendeu Tsitsipas, terceiro cabeça de chave, vencendo por 7-6 (5) e 6-3.
"Eu estava muito focado", disse Fils. "Perdi um (primeiro) set point louco, mas estou muito feliz com a forma como lidei com o tie-break e acho que joguei muito bem no segundo set também."
A derrota foi um grande revés para as esperanças de Tsitsipas de se classificar para uma sexta aparição consecutiva no ATP Finals, em Turim. O grego venceu o torneio em sua estreia em 2019, mas atualmente está em 12º lugar no ranking da Race To Turin.