Det blev ett nervkittlande drama där David besegrade Goliat, en match som trollband publiken.
– Det här betyder mycket, det har varit en lång resa. Jag har haft så många jämna matcher i år men inte fått till det. Därför betyder det här så mycket, säger Townsend medan tårarna rinner vid innerplansintervjun på centercourten Arthur Ashe-stadion, världens största tennisstadion med plats för 24 000 åskådare.
– Jag har inte ens fått träna på den här arenan, så det var stort och känslomässigt att spela här, säger hon.
Före US Open hade hon vunnit blott fyra matcher på årets WTA-tour.
Kobe Bryant njöt av segern
Publiken stod upp och jublade sitt stora stöd för Townsend efter att hon skurit ner en forehandsvolley, typisk för matchen, som Halep inte nådde och matchen var över. 23-åriga Townsend trodde knappt sina ögon när segern var ett faktum. En av dem som följde matchen med stort intresse var basketlegendaren Kobe Bryant.
Vid egen serve och 5-4 hade serve- och volleyspelaren Townsend två matchbollar vid 40-15, som världsfyran Halep räddade och utjämnade det tredje setet till 5-5. Halep såg ut att ha vänt tillbaka och skaffade sig en matcboll vid 6-5 men kunde inte knyta till säcken.
Halep var frustrerad och fick en varning efter att ha slagit sönder sitt racket vid 1-1 i det tredje setet.
Gauff vidare till andra omgången
15-åriga hemmastjärnskottet Cori Gauff är vidare till nästa US Open-omgång. Amerikanskan besegrade ungerskan Timea Babos med 6–2, 4–6, 6–4 på Louis Armstrong Stadium.
Herrarnas världstvåa Rafael Nadal, blev under torsdagen, lokal tid, klar för spel i omgång tre då australiske Thanasi Kokkinakis lämnade walkover på grund av en axelskada.
Härnäst möter spanjoren antingen landsmannen Fernando Verdasco eller sydkoreanen Chung Hyeon på lördag.
Igår inleddes även herrarnas dubbelturnering, som egentligen var planerad till i onsdags men som då regnade bort.
Jozef Kovalik, Slovakien och Albert Ramos-Vinolas, Spanien, vann över svenske Robert Lindstedt tillsammans med Philipp Oswald, Österrike, i en match som avgjordes i tiebreak, 3–6, 6–4, 7–6.