Amerikanskan vann med 6–2, 4–6, 6–3 över rumänskan. Williams slog in 18 serveess men gjorde 43 fel, många av dem i andra set som Halep vann.

– Hon spelade bättre i andra set, samtidigt hade jag möjligheter som jag inte tog, säger Williams.

Hon är ute efter sin sjunde US Open-titel och en 23:e grand slam-titel.

I semifinalen får Williams möta tjeckiskan Karolina Pliskova, som i sin kvartsfinal besegrade det 18-åriga stjärnskottet Ana Konjuh, Kroatien, som slog ut världsfyran Agnieszka Radwanska i fjärde omgången. Matchen var över på 57 minuter och Pliskova vann med 6–2, 6–2.

Segervapnet var Pliskovas serve.

– Den var väldigt bra i dag, säger Pliskova,

Tjeckiskan har aldrig tidigare gått längre än till tredje omgången i en grand slam-turnering.

– Jag ser fram emot att spela i semifinal för första gången.

Williams måste gå till final för att inte tappa förstaplatsen på rankningen till tyskan Angelique Kerber. Frågan är om Pliskova klarar av att slå ut båda systrarna Williams i US Open. Hon besegrade Venus i fjärde omgången.