Der Australier setzte sich im Finale gegen den an Nummer drei gesetzten Russen Daniil Medwedew 7:6 (8:6), 7:6 (7:4) durch. Nach 1:37 Stunden verwandelte der 24-Jährige seinen ersten Matchball.
Für Kyrgios, der oftmals zwischen Genie und Wahnsinn wandelt, war es der sechste Turniersieg seiner Karriere und der zweite in diesem Jahr. Zuvor hatte er im März in Acapulco triumphiert.
"Das war eine der besten Wochen meines Lebens. Ich habe massive Schritte gemacht", sagte Kyrgios nach seinem Finalsieg in der US-amerikanischen Hauptstadt.
Der Münchner Peter Gojowczyk war im Halbfinale mit 2:6, 2:6 an Medwedew gescheitert.