O meio-campista do Arsenal, em campo por apenas seis minutos, aproveitou um passe preciso de Ferran Torres e finalizou de forma clínica passando por Diogo Costa para decidir um confronto da fase de 16 avos no Estádio de Dallas.
A Espanha continua sendo a única seleção que ainda não sofreu um gol no torneio e enfrentará o vencedor de EUA e Bélgica nas quartas de final na sexta-feira em Los Angeles.
A equipe de Luis de la Fuente começou bem, com Diogo Costa fazendo defesas inteligentes para negar Lamine Yamal e Alex Baena em rápida sucessão.
Portugal cresceu na partida e poderia ter saído na frente antes do intervalo, Nuno Mendes vendo um chute rasteiro bater na trave após um desvio de Pedro Porro. Mendes foi forçado a sair machucado pouco depois da hora, um golpe para a equipe de Roberto Martinez.
Ronaldo, jogando sua partida de despedida na Copa do Mundo, testou Unai Simon de um ângulo apertado no segundo tempo, enquanto Bernardo Silva também chegou perto, cabeceando por cima.
Com o jogo aparentemente destinado a prorrogação, os substitutos se combinaram para quebrar os corações portugueses. Torres, que entrou no final, deixou Merino na cara do gol e o jogador do Arsenal não perdeu a oportunidade, encontrando o canto próximo além de Costa.
"Os jogadores decisivos foram aqueles que saíram do banco. Eu disse a Merino que ele deveria jogar como sempre faz. Seu papel é apoiar os meio-campistas e os atacantes. Com ele, estávamos pensando em dar ao time o ritmo e a energia que precisava. O impacto dos jogadores do banco foi magistral, mas isso porque temos 26 jogadores de um nível muito alto," disse De La Fuente.
O meio-campista português Bruno Fernandes disse: "Obviamente estamos tristes. Viemos aqui com um objetivo: vencer tudo. Infelizmente não estávamos no nosso melhor nível.
"Acho que jogamos melhor no primeiro tempo hoje, mas no segundo tempo cometemos o mesmo erro de defender muito recuados no campo, entregando a bola a eles. Quando isso acontece, mais cedo ou mais tarde você vai sofrer um gol. Parabéns à Espanha, eles têm qualidade, mas acho que se continuássemos fazendo o que fizemos no primeiro tempo, poderíamos ter tido um resultado melhor."
Martinez, que confirmou após a partida que estava deixando seu cargo como treinador principal, elogiou seus jogadores apesar da decepção.
"O povo português pode se orgulhar desta equipe e destes jogadores. É uma verdadeira pena. Nós batemos na trave. Acho que merecíamos levar o jogo para a prorrogação. Defendemos bem. Estávamos jogando contra um dos favoritos para ganhar a Copa do Mundo. Talvez estivéssemos apenas faltando um pouco de sorte. A sorte não estava do nosso lado hoje, mas foi um jogo muito equilibrado," disse Martinez.
O resultado trouxe o fim das carreiras internacionais tanto de Ronaldo quanto de Martinez.