El dúo estadounidense dio pocas oportunidades a sus rivales en los cuartos de final, en los que Pegula se deshizo de su fatigada compatriota Ashlyn Krueger por 6-4 y 2-0 tras retirarse.
Krueger, perdedora afortunada de la fase de clasificación, acusó los efectos de los nueve partidos disputados en los últimos 12 días en Brisbane y Adelaida.
Pegula, número siete del mundo y finalista del US Open el año pasado, jugó dobles con Krueger esta semana y sabía que su compañera estaba cansada.
"Nunca es divertido ganar con una retirada", dijo la jugadora de 30 años, que se enfrentará a Yulia Putintseva o a la número 13 del mundo Diana Shnaider por un puesto en la final.
"Sabía que ayer había tenido un individual difícil. Pero al salir nunca sabes qué esperar, aun así estaba jugando un tenis increíble".
La rusa Liudmila Samsonova consiguió su primera victoria entre las 10 mejores en más de un año al derrotar a la número ocho del mundo y segunda cabeza de serie, Emma Navarro, por 6-4 y 6-4. Samsonova se enfrentará a continuación a Daria Kasatkina, tercera cabeza de serie, o a Madison Keys.
En el cuadro masculino, Paul repitió su puesto de finalista en Adelaida de 2020 al derrotar por 6-3 y 6-4 al australiano Rinky Hijikata.
Ahora se enfrentará al quinto cabeza de serie, el canadiense Felix Auger-Aliassime, que derrotó al estadounidense Marcos Girón por 7-6 y 6-3.
"Es un gran partido", dijo Paul, que busca su quinto título ATP Tour.
"Cuanto más tiempo en pista, mejor para mí".
El serbio Miomir Kecmanovic se metió en semifinales tras derrotar por 6-2 y 6-3 al francés Benjamin Bonzi.
Su recompensa será enfrentarse al segundo cabeza de serie, el estadounidense Sebastian Korda, que tuvo que abandonar tras la retirada del australiano Thanasi Kokkinakis.