Damion Downs avgjorde i sjätte straffomgången efter Matt Freeses tre räddningar, vilket säkrade USA:s plats i semifinalen i Concacaf Gold Cup med en 3-2-seger över Costa Rica efter 2-2 i ordinarie tid på söndagskvällen.
USA går nu vidare till en semifinalmatch på onsdag i St. Louis mot Guatemala, som överraskande besegrade Kanada på straffar i den första kvartsfinalen.
Mexico möter Honduras i den andra semifinalen på onsdag i Santa Clara, Kalifornien. Finalen spelas i Houston den 6 juli.
USA har nått semifinalen i 17 av 18 Gold Cup-turneringar, inklusive 13 raka sedan kvartsfinalsförlusten mot Colombia på straffar år 2000.
Jämn match mot tufft motstånd
Diego Luna och Max Arfsten gjorde målen under ordinarie tid för USA, som mötte sitt högst rankade motstånd i turneringen i Costa Rica (54:e) efter att ha tagit sig genom gruppspelet med en målskillnad på 8-1.
Alonso Martinez kvitterade för Costa Rica i den 71:a minuten med ett vänsterskott efter att Carlos Mora tagit sig förbi Luca de La Torre och Arfsten för att skjuta mot Freese, vars retur Martinez kunde utnyttja.
Concacaf ändrade reglerna för denna upplaga av den vartannat år återkommande mästerskapen för Nord-, Central- och Karibien genom att ta bort förlängning förutom i finalen.
Dramatisk straffläggning
John Tolkin hade chansen att avgöra straffläggningen för USA, men Keylor Navas räddade hans försök i den femte omgången. Freese nekade sedan Andy Rojas med en dykande räddning, reste sig upp nickande och sträckte ut tungan mot sina jublande lagkamrater vid mittlinjen.
Detta öppnade för den 20-årige Downs att slå in den avgörande straffen.
Nyckelspelare saknades
USA saknade flera ordinarie spelare i turneringen, däribland Christian Pulisic, Yunus Musah, Weston McKennie, Tim Weah, Gio Reyna, Antonee Robinson, Folarin Balogun och Sergiño Dest, av olika anledningar från skador till vila och åtaganden i Club World Cup.
Costa Rica spelade utan fyra nyckelspelare. Anfallaren Manfred Ugalde, som gjort tre mål i turneringen, och mittfältaren Carlos Mora var avstängda efter gula kort. Försvararen Ariel Lassiter (bruten vänsterhand) och anfallaren Warren Madrigal (brutet vänsterben) var skadade.
Tillman missade straff men bidrog till ledning
Tre av Costa Ricas sex mål under gruppspelet kom på straffar, och Francisco Calvo lade till ytterligare en i den 12:e minuten efter en foul av Arfsten. Calvo sköt lågt och placerade bollen precis utom räckhåll för en dykande Freese.
Malik Tillman, som gjort tre mål i gruppspelet, sköt en straff i stolpen i den 37:e minuten och Navas räddade Arfstens returförsök.
Luna lyfte laget med sitt första mål i internationell tävling genom att skjuta ett skott som studsade på bröstet av försvararen Alexis Gamboa för kvitteringen i den 43:e minuten.
Tillman kompenserade för sin miss tidigt i andra halvlek genom att peta fram en passning till Arfsten, som rusade in från vänsterkanten och placerade bollen i bortre hörnet för ledningen.
