Shaun Murphy avslutade Qiao Xintongs hopp om att bryta degelförbannelsen med en fantastisk seger med 13-10 för att nå de fyra sista i världsmästerskapet.
Chao, 29, siktade på att bli den första vinnaren och den enda spelaren som försvarade sin titel sedan turneringen flyttade till Crucible Theatre 1977.
Men den 43-årige brittiske spelaren hade inget svar när han slog en rad potter för att nå de fyra sista för sjätte gången.
Han kommer nu att möta den fyrfaldige mästaren John Higgins, som gjorde en imponerande prestation för att besegra Australiens Neil Robertson med 13-10.
Higgins, som fyller 51 år den 18 maj, kommer att vara den äldsta semifinalisten sedan Ray Reardon, som nådde samma stadium 1985 vid 52 års ålder.
Matchen mot Murphy, som börjar kl. 13.00 BST på torsdag, blir en upprepning av finalen 2009, som skotten vann med 18-9.
Sedan dess har Murphy två gånger avancerat till den högprofilerade matchen och öppet erkänt att det är hans personliga uppdrag att upprepa succén från 2005, då han vann sin enda tidigare världstitel.
Han började onsdagen med stil och gjorde en paus på 96 för att öppna upp en ledning med 9-8.
Zhao svarade omedelbart med 71, men Murphy rullade av de kommande tre bilderna med pauser på 80 och 70, vilket satte honom på gränsen till seger mot spelaren han hyllade som ”den bästa på planeten” tidigare i veckan.
En lugn 81:a av Asiens första världsmästare tog honom till nr 23 i tävlingen.
Men när Murphy plockade upp ett sublimt rött från slutet av förpackningen till mitten, kunde han bygga ett break på 69 och eftersom Zhao inte kunde få tag i snookern han behövde, avslutade ”Magikern” en berömd seger.
Den sjufaldige världsmästaren Stephen Hendry sa på en kommentar att det var en ”perfekt” prestation från Murphy, som vid ett tillfälle låg under 0-3 och tappade fart när Zhao slog tillbaka från 8-6 till 8-8 på tisdagskvällen.
Murphy sa till BBC Sport: ”När du spelar en fantastisk spelare är det självklart Chao, men jag tror att det är det som är vettigt för mig.”
”Jag visste att jag måste spela ordentligt, jag visste att jag måste vara nära mitt bästa, och jag tror att det var fallet.
”Jag är så imponerad av Zhao Xintong och hans spel. När han är i full flöde är han fascinerande att titta på. Det här är en av de bästa vinsterna i min karriär.”
Chao, som var den första spelaren som vann alla tre Players Series-evenemangen under samma säsong och den tredje spelaren som tjänade över 1 miljon pund på en enda säsong, tillade: ”Sean spelade riktigt bra och satte stor press på mig. Han spelade en perfekt snookermatch så han förtjänade vinsten.”
”Det var mycket press på mig hela säsongen, men nu är det igång. Jag tror på mig själv att jag kommer tillbaka starkt.”
