Det såg länge ut som att Rory Mcllroy, 35, skulle ta sin första majorseger på tio år.
På det 16:e hålet missade dock stjärnan en putt från cirka 80 centimeter och när Mcllroy, som inte tagit en major-titel sedan han vann PGA-mästerskapen 2014, även missade på det sista hålet gled majorn honom ur händerna.
”Mitt livs slag”
Det öppnade i stället för amerikanen som efter ett imponerande slag från bunkern räddade sin tidigare miss och satte upp sig själv i ett putt-läge som gav honom karriärens andra US Open-segern.
Den 30-årige amerikanen gick den sista rundan på 71 slag, två fler än McIlroy, och totalt 274 slag – McIlroy slutade på 275.
– Jag kan fortfarande inte tro det. Det där bunkerslaget är mitt livs bästa slag och jag ville verkligen ha den här segern, säger DeChambeau.
Ludvig Åberg tappade ledning
Halvvägs in i årets US Open var ledaren svensk, men efter svagare spel i tredje rundan låg Ludvig Åberg delad femma inför söndagens avgörande.
När 24-åringen från Eslöv stod för en trippelbogey även i finalrundan tappade han ytterliggare och blev tillslut tolva.
Fjärde rundan gick han runt på 73 slag, tre över par och totalt landade svensken på 281 slag.
Trots det tunga avslutet klättrar Åberg på världsrankingen. Den svenske stjärnan går från sjätteplats till fjärdeplats, och är en av de stora medaljfavoriterna i OS-golfen som han formellt redan är kvalificerad till.
Den andra platsen ser ut att gå till Alex Norén.