De tiener van Philadelphia Union produceerde een verbluffende lob in de 62e minuut om het record van Mathis Albert te overtreffen, dat slechts vijf dagen had gestaan.
Albert was de jongste doelpuntenmaker in de geschiedenis van het Amerikaanse mannenelftal geworden op 17 jaar en 131 dagen toen hij woensdag tegen Chili scoorde.
Sullivan had slechts één optreden nodig om het record voor zichzelf te nemen, door een pass van de Mexicaanse doelman Raúl Rangel te onderscheppen voordat hij de bal van afstand over hem tilde.
"Ik herinner me alleen dat ik de bal chipte, hopend dat hij de lat niet zou raken of over zou gaan," zei Sullivan.
"Ik werd nerveus toen hij in de lucht was en toen was alles een waas."
Het doelpunt verdubbelde het voordeel van de VS nadat Julian Hall de score had geopend in de 28e minuut. De 18-jarige aanvaller zette zijn indrukwekkende start in het internationale voetbal voort, terwijl Malik Tillman de overwinning in de slotfase voltooide.
US Soccer bevestigde dat het resultaat de derde opeenvolgende overwinning van de Amerikanen was in de internationale periode, met de 3-0 overwinning in de 80e ontmoeting tussen de twee landen.
Sullivan is al een van de meest nauwlettend in de gaten gehouden jonge spelers in de Verenigde Staten. De middenvelder speelt momenteel voor Philadelphia Union, maar staat op het punt om volgend seizoen bij Manchester City te komen, nadat de Engelse club zijn handtekening als 14-jarige in 2024 had veiliggesteld.
Zijn toekomst in Manchester is echter minder zeker geworden nadat City schuldig was bevonden aan het overtreden van de meeste van de 115 financiële regels waarvan ze beschuldigd waren. De club wordt verwacht in beroep te gaan tegen de bevindingen.
Voor nu ligt Sullivans focus op het optimaal benutten van zijn snelle opkomst met de Verenigde Staten.
"Dit zijn de momenten waar je van droomt als je drie, vier, vijf of zes jaar oud bent," zei hij.
"Ik manifesteerde dit moment, niet alleen de afgelopen paar uur toen ik ontdekte dat ik begon, maar mijn hele leven."
De avond van Mexico werd nog moeilijker toen invaller Luis Chávez in de 68e minuut werd weggestuurd voor het in het gezicht van Sebastian Berhalter steken van zijn hand.
De VS hadden tegen die tijd al de controle, maar Sullivans mijlpaaldoelpunt had het bepalende moment van de avond geleverd.
Op slechts 17-jarige leeftijd heeft hij nu een stuk Amerikaanse voetbalgeschiedenis en een andere belangrijke mijlpaal op de weg naar zijn verwachte overstap naar Manchester City.