Setsiffrorna skrevs till 2–6, 6–2, 6–2.
Nu väntar grekiskan Maria Sakkari i den fjärde omgången. Serena Williams är på jakt efter sin sjunde seger i US Open.
Williams inledde matchen skakigt, medan Stephens servade starkt och tog kommandot. Men det blev en total scenförändring i det andra setet där Williams kom tillbaka samtidigt som Stephens tappade drivet i sitt spel. Och efter ett servegenombrott tidigt i det sista setet kunde Williams till sist avgöra matchen efter en timme och 43 minuter.
I herrklassen är norrmannen Casper Ruud utslagen efter förlust i tre raka set mot sjätteseedade Matteo Berettini.