Matchvinnare blev Adam Gaudette som, utöver att avgöra på övertid, noterades för assist på båda USA:s övriga mål.
Resultatet innebär att Sverige fortsatt har ett starkt utgångsläge i Grupp B, med 12 inspelade poäng efter fem matcher - en poäng bakom Finland som står på 13 poäng efter lika många matcher.
Men Tre Kronor har inte längre en eventuell gruppseger i egna händer.
Det började dock bra för Sverige mot USA. En spelsugen Rasmus Dahlin såg till att ge Sverige ledningen med matchens första skott när han, 2:28 in på första perioden, rusade fram förbi ett sömndrucket amerikanskt försvar och stötte in 1-0 på en perfekt framspelning från Oskar Lang.
Watch: Youtube Video
USA kvitterade till 1-1 genom den för dagen utmärkte Adam Gaudette, men Dahlin var trots det positiv inför andra perioden:
- Vi satte press, vi fick puckar på mål och vi tog bort deras tid. Det gjorde vi bra, sade Buffalo Sabres-backen till NENT/Viaplay. Vi hade en bra start, sedan kom amerikanerna in i de. Men mot slutet tog vi över så vi ska bara fortsätta med det hårda jobbet och detaljerna nu.
Hårt jobb fanns det gott om i den andra perioden, från båda sidor. Detaljerna var det lite värre med.
Carl Grundström slank igenom och skickade till synes in 2-1 till Sverige, men målet dömdes bort efter att USA utmanat för offside.
Mittakten såg därefter ut att passera mållös, men med drygt en minut kvar att spela hittade Gaudette fram med en briljant backhandpassning till Winnipeg Jets back Nate Schmidt som klippte till direkt från sin position vid tekningscirkeln, 2-1 till USA. Otagbart för Linus Ullmark, till vardags i Boston Bruins, som gjorde sin första match i årets VM-turnering.
Hans motståndare på andra sidan, till vardags målvaktskollega i Bruins, Jeremy Swayman såg till att USA behöll sin 2-1-ledning fram till 6:56 in på tredje perioden då Grundström fick möjlighet att utkräva revansch från tidigare.
Los Angeles Kings-forwarden skrinnade in, noterade att Swayman klivit ut för att möta honom och skickade pucken rakt upp i målvaktens plockhandskryss.
- Jag hade lite flyt där, backens klubba gick av och så fick vi en 2-mot-1:a… så sköt jag bara, förklarade Grundström för NENT/Viaplay. Det var kul.
Precis som tidigare mot Finland kvitterade Sverige till 2-2 i tredje perioden, något Grundström ser som ett positivt besked för framtiden:
- (Det visar) att vi aldrig ger upp, att vi tror på det vi gör och att vårt system funkar. Det är bara att fortsätta.
Med 60 minuter spelade gick det inte att skilja lagen åt, varpå övertid hägrade.
Väl där drog USA det längsta strået efter att TJ Tynan och Adam Gaudette utfört ett två-mot-ett-läge på bästa sätt och Gaudette dunkat in avgörande 3-2.
USA kliver i och med segern upp på tio poäng efter fem matcher, två poäng bakom Sverige och på tredje plats totalt.
- Vi kommer tillbaka igen, visar moral och karaktär igen och får den där poängen som kan bli viktig i slutändan, avslutade Tre Kronors förbundskapten Johan Garpenlöv.
Övrigt från VM-dagen
Dagen i övrigt bjöd på en del väntade resultat, samt en skräll.
Danmark besegrade Frankrike med 3-0 efter bland annat två assist från Markus Lauridsen. Sebastian Dahm motade alla 19 skott som kom hans väg och höll nollan.
Tjeckien slog Norge med 4-1 efter show från Boston Bruins stjärnforward David Pastrnak som noterade två mål och en assist. Detroit Red Wings forward Jakub Vrana sköt ett av Tjeckiens mål.
Slovakien besegrade Italien med 3-1. Supertalangen Juraj Slafkovsky stod för två assist, vilket även Tomas Tatar bidrog med.
Värdnationen Finland nollade Österrike, 3-0, och befäste sin position som ledare av Grupp B. Målskyttar; Valtteri Filppula, Mikael Granlund och Toni Rajala.
Sist men inte minst - skrällen. Schweiz besegrade Kanada med hela 6-3. Matchen fick en rivstart och stod 3-3 redan efter första perioden, men efter det tog den rödvita alpnationen över. Nico Hischier (1+1), Dean Kukan (1+1), Timo Meier (1+1), Pius Suter (1+1) och Denis Malgin noterades alla för två poäng vardera.
