Os dois americanos trocaram quebras no set de abertura antes que a maior consistência de Fritz o levasse à frente no tiebreak, fechado por ele com um forehand.
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O segundo set foi igualmente intenso. O saque de Fritz se mostrou impenetrável e Tiafoe defendeu corajosamente várias chances de break-point dentro do Ariake Coliseum, em Tóquio.
No tiebreak, Fritz abriu 6-2 com força e precisão implacáveis antes de confirmar a vitória quando o forehand de Tiafoe saiu da quadra.
Fritz, que confirmou presença no top 10 após derrotar o canadense Denis Shapovalov, nas semifinais, também conquistou títulos em Eastbourne e Indian este ano.
"É tão louco, e eu não poderia ter escrito melhor", disse ele depois de encerrar a vitória em pouco menos de duas horas.
"É exatamente o que eu precisava para a temporada, para o meu ranking, para me colocar em uma boa posição para o final do ano", disse ele.
Fritz é o 10º americano a conquistar o título do Aberto do Japão e o primeiro desde Pete Sampras em 1996.
Ele estava em uma quarentena de uma semana na Coreia do Sul depois de contrair a COVID-19 e voou para Tóquio na quarta-feira na manhã de sua primeira partida no Aberto do Japão.
Tiafoe, companheiro de equipe de Fritz na Laver Cup, ainda busca seu primeiro título este ano, mas subirá duas posições para ocupar o 17º lugar no ranking.