Campeona en Wuhan en 2018 y 2019, Sabalenka mejoró su récord perfecto en el torneo a 16-0 y espera a Zheng Qinwen o Wang Xinyu en la final.
Gauff, que llevaba una racha de nueve victorias consecutivas tras su título en Pekín la semana pasada, jugó un primer set perfecto, pero cometió la friolera de 21 dobles faltas durante una semifinal que duró dos horas y 26 minutos.
Sabalenka ha ganado 19 de sus últimos 20 partidos, una racha que incluye títulos en Cincinnati y en el US Open.
"El ambiente era increíble", dijo Sabalenka, que perdía por 2-4 en el segundo set.
"Definitivamente se sintió como uno de los partidos más grandes de mi carrera porque el público lo hizo sentir como si fuera una final de Grand Slam".
Sabalenka tuvo problemas con el saque en los primeros compases y no pudo controlar su derecha, mientras Gauff se colocaba con una ventaja de doble break (5-0) en 19 minutos.
La estadounidense sólo cedió dos puntos con su primer servicio y limitó a la bielorrusa a sólo dos golpes ganadores en el primer parcial.
Si el primer set fue una goleada, el segundo fue una lucha a cara de perro, con seis de los ocho primeros juegos en contra del saque.
Tras 78 minutos de juego, Sabalenka se puso por delante por primera vez en el partido, con un 5-4 que aumentó la presión sobre Gauff, cuyo saque la abandonó cuando más lo necesitaba.
Con la cuenta de dobles faltas de Gauff en aumento, Sabalenka aprovechó y rompió el servicio para igualar la contienda y forzar un partido decisivo.
Un maratoniano tercer juego, en el que se produjeron siete fallos y tres puntos de ruptura, permitió a Sabalenka ganar un séptimo juego consecutivo y mantener una ventaja de 3-0 en el set definitivo.
A pesar de los esfuerzos de Gauff por igualar la contienda (4-4), Sabalenka se aferró a la victoria.