Segersiffrorna skrevs till 7-6, 6-4, 6-3 och Berdych får möta OS-vinnaren Andy Murray i semifinal.

Federer vann US Open varje år mellan 2004 och 2008, och det var första gången sedan 2003 han inte lyckades ta sig till semifinal.

– Jag var helt enkelt inte tillräckligt bra i dag, säger Federer till AP. – Flera gånger under matchen tänkte jag "det här händer inte".

Federer hade inte tävlat sedan i lördags, vilket kan ha påverkat honom. Schweizaren hade problem med sin berömda forehand, och Berdych kunde ta över den största delen av spelet.

– Om Roger får ett litet övertag och kör sitt spel, då har man verkligen problem. Så jag försökte bara få tillbaka spelet, få tillbaka min rytm och ligga så nära som möjligt. Det visade sig vara rätt taktik. Det här är mitt största ögonblick hittills, säger Tomas Berdych.