Setelah kedua pemain melepaskan servis pembuka, Halep mengambil kendali permainan dengan memenangkan 18 poin berturut-turut dari 3-3 untuk meraih set pertama, melansir Reuters, Minggu.
Petenis nomor tiga dunia Halep meraih break awal pada set kedua tetapi Mertens segera merespon untuk merebut kendali.
Mertens yang non-unggulan secara berani menangkis dua break point pada game ketujuh sebelum ia mematahkan servis Halep dan mengklaim set pertamanya dalam enam pertandingan melawan petenis Rumania itu.
Dengan momentum kuat, Mertens mengklaim break awal dalam set penentuan dan melanjutkan menahan gelombang serangan Halep.
Mertens mencatat tiga kemenangan di 10 besar Doha minggu ini, termasuk di antaranya mengalahkan Kiki Bertens dan Angelique Kerber, masing-masing di perempat final dan semi-final.
Baca juga: Mertens tundukkan Bertens untuk maju ke semifinal Qatar Terbuka
Baca juga: Mertens akan hadapi Halep di final usai kalahkan Kerber
Pemain berusia 23 tahun ini menikmati terobosan musim 2018 dengan memenangkan tiga gelar, dan sejak itu mempertahankan kemajuannya yang mantap di tur WTA.
Halep masih berjuang secara fisik pada tahap penyembuhan medis dengan kaki kanannya.
"Sejujurnya saya ingin mengangkat piala yang indah ini, tetapi Elise sangat pantas mendapatkannya," kata Halep, yang memenangkan gelar Doha pada 2014.
Baca juga: Osaka mundur dari Qatar Terbuka akibat cedera punggung