Det krävdes alltså fem set för 78-rankade Dimitrov att besegra Federer, för första gången i karriären.
– Jag är bara lycklig. Det enda som jag intalade mig var att stanna kvar i matchen. Rent fysiskt kändes det rätt bra. Jag fick till en del bollar mot honom som var svåra, säger Dimitrov.
Inte sedan 1991 har en spelare med lägre rankning tagit sig till semifinal i US Open. Som bäst har Dimitrov varit rankad som nummer tre i världen, det var 2017.
Fick läkarvård efter fjärde set
Den numera 38-årige Federer ledde med 2-1 i set, men tappade och förlorade. Inför femte set tillkallade han sin tränare innan han gick ut för att få läkarvård.
Men Federer tyckte inte att det skulle ta fokus från Dimitrovs vinst.
– Det här är Grigors ögonblick, inte min kropps ögonblick, sade schweizaren, som har vunnit US Open fem gånger tidigare.
Därmed har både Djokovic, som skadad tvingades kasta in handduken mot Stan Wawrinka, och Roger Federer, som ju möttes i en redan legendarisk Wimbledon-final i somras, fått lämna US Open.
Dimitrov möter nu ryssen Daniil Medvedev i semifinal.