Viết tiếp cho đoạn này - Liu đã tham gia Giải vô địch Hoa Kỳ năm 2020 với tư cách là người yêu thích để bảo vệ danh hiệu của mình. Cô đứng thứ hai trong chương trình ngắn sau khi thoát khỏi nỗ lực Axel ba lần của mình, nhưng đã hạ cánh thành công một lần lật ba lần và kết hợp ba lần Lutz-ba ngón chân, cũng như thực hiện các vòng quay cấp 4 và chân. Cô kiếm được 75,40 điểm, chỉ hơn 3,50 điểm sau Bradie Tennell; cô cũng có lợi thế về giá trị cơ sở kỹ thuật hơn 16 điểm so với cả Tennell và Bell. Trượt băng cuối cùng và ngay sau khi Mariah Bell "hiệu suất thanh lịch, gần như hoàn hảo" với phiên bản của k.d. lang của bài hát "Hallelujah" của Leonard Cohen, Liu đã giành chiến thắng trượt băng tự do với hơn tám điểm, với điểm số 160.12, là điểm tốt nhất trong sự nghiệp của cô, và tổng cộng 235.52 điểm. Điểm số cuối cùng của cô cao hơn 10 điểm so với Bell, người đứng thứ hai, và chỉ dưới 15 điểm so với Tennell, người đứng thứ ba. Mặc dù cô không thể trở thành người phụ nữ đầu tiên tại Quốc gia Hoa Kỳ hoàn thành thành công một Lutz bốn lần, được gọi là không xoay và nhận được điểm số tiêu cực về hiệu suất thực hiện, nhưng "triple Axels của cô rất vững chắc và hai lần quay cuối cùng của cô là chất lượng vượt trội". Cô đã hạ cánh hai lần Axel ba lần trong 65 giây đầu tiên của chương trình của mình, và sau đó hoàn thành sáu lần nhảy ba lần nữa. Liu sau đó nói với các phóng viên, "Năm nay tôi nghĩ, đó là một thập kỷ mới, giống như, wow, đó là một khởi đầu tốt!" Ở tuổi 14, chiến thắng của Liu đã khiến cô trở thành nhà vô địch nữ trẻ nhất hai lần của Hoa Kỳ và là người phụ nữ đầu tiên trong bảy năm giành chức vô địch Hoa Kỳ liên tiếp, kể từ khi Ashley Wagner vào năm 2012 và 2013 và kể từ khi Michelle Kwan giành được 8 danh hiệu. Bell và Tennell đã hỗ trợ Liu lên tầng trên cùng của bục giải trong buổi lễ trao giải, tái tạo những gì họ đã làm vào năm trước. Liu không đủ tuổi để thi đấu trong các cuộc thi cấp cao quốc tế, nhưng đã được đặt tên cho Giải vô địch trẻ thế giới năm 2020
cùng với Starr Andrews và Lindsay Thorngren.