AIKs Kate Gill spelade på topp i Australiens lag så när som på de sista fem minuterna men gjorde inget av målen.
USA tog ledningen med hela 4-1 i inledningen av andra halvlek.
– Det är något speciellt med det här laget som vägrar förlorar, sade förbundskapten Pia Sundhage efteråt och ruskade på huvudet.
Australien tog ledningen i mitten av första halvlek på det första av två självmål.
Lindsay Tarpley kvitterade på nick och då hade USA redan hunnit bombadera det australiska målet med en handfull avslut. Bara minuten efter 1-1-målet gjorde Abby Wambach 2-1. Lindsay kom tillbaka och gjorde 3-1 på volley.
Mindre än en minut efter att andra halvlek blåsts igång nickade Abby Wambach in 4-1.
USA bytte målvakt i halvtid, ut gick Hope Solo och in kom Briana Scurry. Australien reducerade till 4-2 genom Sarah Walsh och 4-3 i 64:e minuten genom Lauren Colthorpe. Kvitteringen påminde om det första självmålet, ett inlägg längs marken försöktes brytas av en USA-back som istället styrde bollen i eget mål.
Både USA och Australien hade chanser att avgöra innan matchen gick på tilläggstid men det var Angela Hucles som lyckades när klockan tickade på 94 minuter.
5.000 såg den här matchen i Birmingham, Alabama.
