Den spanska världstrean förlorade med 1–2 i set (6–7, 6–4, 3–6) mot den 152-rankade kroaten Borna Coric.
Under Wimbledon tidigare i somras tvingades Nadal avbryta turneringen, när han var framme i semifinal, på grund av en bukskada.
– De senaste 40 dagarna har jag bara kunnat spela två set före den här matchen, säger Nadal.
Den 36-årige spanjoren med 22 Grand Slam-titlar i karriären hoppas att publikens energi under US Open kan lyfta honom. Nadal har vunnit US Open fyra gånger.
– Det finns en energi publiken ger mig i New York. Det är en väldigt speciell plats för mig, säger Nadal.