Con el marcador empatado a 1-1 tras los individuales del viernes, los británicos Joe Salisbury y Neal Skupski vencieron a los japoneses Yosuke Watanuki y Takeru Yuzuki por 7-6(4) y 7-6(3) en el dobles para situarse a una victoria de la siguiente ronda.
Pero Yoshihito Nishioka igualó el marcador con una victoria por 6-3, 7-6(0) sobre Jacob Fearnley antes de que Kei Nishikori, ex número cuatro del mundo, se impusiera a Billy Harris por 6-2, 6-3.
Nishikori había perdido ante Fearnley en sets corridos el viernes, pero esta vez el ex finalista del Abierto de Estados Unidos resolvió la eliminatoria en 73 minutos para lograr la victoria número 300 de su carrera en pista dura, y Japón se impuso a Gran Bretaña por primera vez.
"Ayer tuve un mal día. Traté de ser más sólido y agresivo y mantener la calma hoy", dijo Nishikori, de 35 años, que formó parte del equipo que perdió ante Gran Bretaña en 2016.
"Muy contento de que el equipo haya ganado. Esta victoria nos dará confianza. Nuestro objetivo es llegar al cuadro principal (Finales)".
El capitán británico de Copa Davis, Leon Smith, felicitó a Japón y alabó la profundidad de su equipo.
"Tienes a Nishioka que ha sido top 25, Nishikori ha sido número cuatro en el ranking ATP", dijo Smith.
"Así que hay mucha calidad y les presionamos mucho. Le deseamos al equipo japonés lo mejor para el resto del año".
Estados Unidos ganaba 2-0 a Taiwán tras las gomas del viernes en la ciudad de Taipei y sentenció la eliminatoria cuando los medallistas de plata olímpicos Austin Krajicek y Rajeev Ram vencieron a Ray Ho y Wu Tung-Lin por 6-4 y 7-6(4) para establecer su primera eliminatoria en casa en tres años.
A continuación,Mackenzie McDonald se impuso a Huang Tsung-Hao por 6-2 y 6-3. La experiencia de los estadounidenses brilló con luz propia y se impusieron por 4-0 sin ceder el saque ni una sola vez en la eliminatoria.
"Afortunadamente pudimos rematar la faena en el primer partido. Cuidamos muy bien nuestro saque", declaró Krajicek.
Estados Unidos se enfrentará a la República Checa en la segunda ronda de septiembre, después de que el equipo europeo se impusiera a Corea del Sur en la eliminatoria de dobles y tomara ventaja de 3-0.
La primera ronda de la Copa Davis cuenta con 26 equipos que se juegan el pase a la segunda ronda de eliminatorias de septiembre.
Los subcampeones del año pasado, Holanda, se unirán a la competición en la segunda ronda, que constará de siete eliminatorias en una lucha por entrar en la Final a 8 de noviembre junto a los anfitriones italianos.