Williams (38), difavoritkan untuk meraih gelar kedelapan di Melbourne Park, namun ia terhenti saat melawan Wang yang gigih, yang hanya memperoleh satu gim atas petenis Amerika itu pada terakhir kali mereka bertemu.
Kekalahan 4-6, 7-6 (2/7), 5-7 itu, berarti Williams yang memenangi turnamen besar terakhirnya pada Australia Open 2017 ketika ia hamil, sudah gagal dalam delapan Grand Slam sejak kembali dari melahirkan pada 2018.
Baca juga: Atasi perlawanan Zidansek, Serena ke putaran ketiga Australia Open
"Saya rasa tim saya selalu yakin saya bisa melakukannya," kata unggulan 27 Wang, yang kalah 1-6, 0-6 dari Williams pada perempat final US Open tahun lalu seperti dikutip AFP.
"Setelah terakhir kali itu saya benar-benar bekerja keras di dalam dan di luar lapangan, saya yakin saya bisa melakukannya."
Hasil tersebut membuahkan pertemuan dengan petenis Tunisia Ons Jabeur, yang mengalahkan teman dekat Williams, Caroline Wozniacki, mengantar petenis Denmark tersebut menuju pensiun.
Williams, unggulan delapan, mengawali dengan lambat melawan Wang yang cepat dan positif, dan ia kehilangan tiga break point pada gim kesembilan ketika Wang melontarkan pukulan forehand yang merebut break tersebut.
Baca juga: Serena Williams akhiri puasa gelar selama tiga tahun
Melakukan servis untuk menyudahi set tersebut, Wang memenangi reli untuk mencapai set poin dan kemudian memastikan memenangi satu set , jauh dari pertemuan mereka sebelumnya di New York.
Williams tampil untuk merebut set kedua, namun peluangnya berisiko ketika ia dipatahkan servisnya sehingga tertinggal 3-2, dan semua tampaknya sudah berakhir ketika ia membiarkan Wang lolos pada break point gim kedelapan.
Akan tetapi, Wang goyah ketika ia melakukan servis untuk menyudahi pertandingan dan Williams memenangi reli 24 pukulan itu untuk mematahkan servis petenis China itu untuk pertama kalinya, mengangkat tangannya tanda kemenangan.
Williams mencegah lebih banyak lagi break point sebelum mendominasi tiebreak, dimana dia diuntungkan oleh kabel net dan tayangan Hawk-Eye sebelum menyamakan kedudukan dengan service winner.
Baca juga: Wozniacki siap pensiun setelah dibungkam petenis Tunisia di Australia
Pada set terakhir yang menegangkan, kedua pemain bertahan dengan kuat, tetapi Wang menerkam ketika Williams melakukan servis untuk tetap bertahan, mengonversi match point ketiganya saat pukulan petenis Amerika itu menyangkut di net.
Wang mendapat banyak kritikan dari fans China setelah ia menyerah kepada Williams pada babak delapan besar di Flushing Meadows.
Baca juga: Ke putaran empat Australia Open, Barty sebut mainkan laga terbaiknya
Petenis berusia 28 tahun asal Tianjin itu sekarang sudah mencapai posisi terjauh di Australia Open, setelah mencapai penampilan terbaiknya pada turnamen utama, di US Open.