Det är de två mest framgångsrika länderna i cupens historia (en turnering som bildades 1963 som Federations Cup) som fick skiljas åt av den avslutande dubbeln.
Katerina Siniakova/Barbora Krejcikova, med sju Grand Slam-titlar på meritlistan, slog Danielle Collins/Taylor Townsend med 6-3 7-5 i slutspelet i Sevilla som bjöd på en avgörande match i grupp A.
– Det är alltid lurigt med en avgörande dubbel eftersom det inte finns någon fördel men jag kände att vi hade en bra laganda, säger Krejcikova enligt Reuters.
I lördagens semifinal möter Tjeckien Kanada. I den andra semin möts Slovenien och Italien.
Med start lördag 15.00 sänds Billie Jean King Cup på SVT Play.
Tjeckien-USA 2-1
Katerina Siniakova – Danielle Collins 3-6,2-6
Marketa Vondrousova – Sofia Kenin 6-1,6-1
Siniakova/Barbora Krejcikova – Collins/Taylor Townsend 6-3,7-5