Det är också 26-åringens första seger i US Open efter en bitter finalförlust mot Coco Gauff förra året.
– Jag är mållös just nu, jag tänker på hur många gånger jag har trott att jag skulle klara det, säger en tårögd Sabalenka i segerintervjun på Arthur Ashe Stadium i New York.
Sabalenka, seedad tvåa på världsrankingen, vann över sjätterankade Pegula i två raka men siffermässigt jämna set: 7–5, 7–5.
Pegula kämpade sig tillbaka efter svåra underlägen i både första och andra set, men höll inte ända fram. I första utjämnade hon till 5–5 från 2–5 men Sabalenka lyckades ta de två avgörande gamen. I andra låg Pegula under med 0–3 men tog fem raka game och gick fram till 5–3 innan Sabalenka åter visade vem som var bäst denna kväll.
– Jessica spelade otroligt bra och jag är säker på att hon kommer att ta flera grand slam-titlar framöver, säger Sabalenka.
Vinsten innebär också att Sabalenka kammar hem 3,6 miljoner dollar i prispengar, motsvarande 37 miljoner kronor.
