La española, que mantuvo el tipo hasta el final, fue incapaz de prolongar la mejoría que mostró en el segundo set, que ganó para igualar el partido.
Keys, que ya había ganado a Carla en los dos partidos anteriores que habían disputado, este año en las semifinales del torneo de Birmingham -que terminó por ganar- y hace tres temporadas en Tokio, recuperó el pulso del partido en la manga definitiva.
Carla Suárez, no obstante, ha completado en Río 2016 su mejor papel individual como olímpica en sus terceros Juegos.
La estadounidense,, que cerró el partido en 95 minutos, se enfrentará en cuartos de final con la ganadora del partido entre la italiana Sara Errani y la rusa Daria Kasatkina.