La campeona olímpica mejoró su anterior marca de 50,68, establecida hace dos años en la misma pista del Hayward Field, y viajará a París para defender su título.
McLaughlin-Levrone no salía de su asombro tras lograr un tiempo tan rápido.
"Estoy asombrada, desconcertada y en estado de shock", declaró.
Anna Cockrell (52.64) fue segunda y Jasmine Jones (52.77), tercera.
McLaughlin-Levrone salió disparada de los tacos y se puso en cabeza de inmediato, deslizándose sobre cada valla en una actuación técnicamente impecable.
Cockrell y Jones tuvieron que luchar por los dos últimos puestos del podio, ya que McLaughlin-Levrone llegó sola a la última curva.
Con casi dos segundos de ventaja sobre el resto de las competidoras, cruzó la meta entre los aplausos del público congregado en el corazón de la pista estadounidense.
La atleta declaró a la prensa que no se había fijado ningún objetivo en cuanto al tiempo, sino que se había centrado en su ejecución y su técnica.
"Es muy alentador ver eso... sin esperarlo", declaró a la prensa. "Saber que hay más ahí".
McLaughlin-Levrone sólo había corrido en la prueba una vez esta temporada antes de las pruebas de Estados Unidos, pero no mostró signos de óxido al trotar por la meta de su semifinal en un tiempo líder mundial.
Es la única mujer que ha corrido más de 51 segundos en esta prueba, y en París intentará convertirse en la primera en ganar dos títulos olímpicos consecutivos de 400 vallas.
"Creo que estamos en un gran momento, de verdad", declaró McLaughlin-Levrone. "(Los Juegos Olímpicos) se acercan rápido, pero sé que esto es una gran inyección de confianza y también nos va a ayudar a saber lo que tenemos que arreglar".
Dalilah Muhammad, la campeona de Río en 2016, terminó sexta en 54.27 y dijo que simplemente se quedó sin tiempo para llegar en plena forma a las pruebas.
"Ha sido una carrera realmente buena, en cuanto a longevidad", dijo la campeona mundial de 2019. "Ha tenido sus altibajos, pero creo que echando la vista atrás, en conjunto, no ha sido más que positiva".
Rai Benjamin ganó la carrera masculina con un tiempo de 46.46, el quinto más rápido de todos los tiempos, y dejó a CJ Allen (47.81) y Trevor Bassitt (47.82) luchando en la recta final.
Masai Russell se sobrepuso a un grupo experimentado para ganar los 100 vallas en 12.25, el tiempo más rápido de la temporada, ya que Alaysha Johnson terminó seis centésimas de segundo más lenta y Grace Stark fue tercera en 12.31.
"Tengo tantas emociones", dijo Russell, que se puso en cabeza en la penúltima barrera. "Me mantuve fiel a mi trabajo y a mi oficio".
El campeón mundial masculino de 800 en pista cubierta, Bryce Hoppel, despegó en el ecuador de la prueba para imponerse en 1:42.77, récord de la reunión, por delante de Hobbs Kessler (1:43.64) y Brandon Miller (1:43.97).
Nikki Hiltz (3:55.33) aceleró en la recta final para ganar los 1.500 femeninos con un récord de la prueba estadounidense por delante de Emily Mackay (3:55.90). Pierre, que ganó los 5.000 el lunes, fue tercera en 3:55.99.
Maggie Malone Hardin viajará a sus terceros Juegos tras lanzar 64,58 metros en jabalina femenina, mientras que la medallista de plata mundial de 2022 Kara Winger fue segunda con 62,94 en su último intento y Madison Wiltrout (61,17), tercera.
En pértiga femenina, Bridget Williams, la campeona olímpica Katie Moon y Brynn King representarán a Estados Unidos en París tras superar los 4,73 metros. Williams ganó la prueba a la contra.