El francés, de 21 años, ha derrotado a Shelton 7-6(5), 7-6(3) para lograr la mayor victoria de su carrera.
"Hoy me superaron", ha declarado a los periodistas Shelton, número cuatro del mundo. "Mi cuerpo no estaba preparado", ha añadido el estadounidense, que disputa en Shanghái su primer torneo desde el US Open, salvo por la Copa Davis del mes pasado.
Se perdió el Open de Japón, que terminó la semana pasada, por problemas físicos.
"A veces, este circuito es así", ha afirmado, y ha añadido que el desfase horario también le ha pasado factura.
Gea se enfrentará en la próxima ronda a Francisco Cerundolo o Jakub Mensik.
"Sinceramente, es increíble", ha dicho tras lograr su primera victoria ante un jugador del top 10.
Gea ha añadido que se siente «con más confianza en la pista» después de un año de irrupción en el que conquistó su primer título profesional en julio, en un torneo de categoría 250 en Los Cabos.
Se ha colocado con una ventaja de 5-3 en el primer set, pero el estadounidense Shelton, de 24 años, ha reaccionado y ha igualado a 5-5 con una volea de revés decisiva en la red.
Los dos jugadores han mantenido la igualdad en el desempate hasta que Gea se ha adelantado por poco para ganar el primer set.
Shelton, tercer cabeza de serie, ha forzado otro desempate en el segundo set, cuando el partido ya superaba las dos horas, pero ha fallado en los momentos decisivos y Gea, lanzado, ha sellado la victoria en su primera oportunidad.