Liu osallistui vuoden 2020 USA:n mestaruuskilpailuun suosikkina puolustamaan titteliään. Hän sijoittui toiseksi lyhyessä ohjelmassa, kun hän oli kääntynyt pois kolminkertaisesta Axel-yrityksestä, mutta onnistui onnistuneesti kolminkertaisessa flipissä ja kolminkertaisessa Lutz-kolminkertaisessa varvasyhdistelmässä sekä suoritti tason 4 pyöräytykset ja jalkatyöt. Hän sai 75,40 pistettä, hieman yli 3,50 pistettä Bradie Tennellin jälkeen; hänellä oli myös tekninen perusarvo yli 16 pistettä enemmän kuin Tennell ja Bell. Liu voitti viimeisenä ja välittömästi Mariah Bellin "eleganteiden, lähes virheettömien esitys" jälkeen k.d. langin versio Leonard Cohenin kappaleesta "Hallelujah", Liu voitti vapaan luistin yli kahdeksalla pisteellä, pisteellä 160,12, joka oli hänen uransa paras, ja 235,52 pistettä kokonaisuudessaan. Hänen lopputuloksensa oli yli 10 pistettä korkeampi kuin Bellin, joka tuli toiseksi, ja hieman alle 15 pistettä Tennellin, joka tuli kolmanneksi. Vaikka hän ei onnistunut ollakseen ensimmäinen nainen USA: n kansallisissa, joka suoritti onnistuneesti nelinkertaisen Lutzin, jota kutsuttiin alikierroksiseksi ja joka sai negatiivisen suorituskykyn tulokset, hänen "kolmikertaiset Axelsit olivat vankkoja ja hänen kaksi viimeistä kierrosta olivat ylivoimaisen laadukkaita". Hän laskeutui kahdessa kolminkertaisessa Axelissa ohjelmansa ensimmäisissä 65 sekunnissa, ja sitten hän suoritti kuusi kolminkertaa hyppyä. Liu kertoi toimittajille myöhemmin: "Tänä vuonna ajattelen, että on uusi vuosikymmen, kuin, wow, mikä hyvä alku!" Liu voitti 14-vuotiaana, mikä teki hänestä nuorin kahdenkertainen naisten USA: n mestari ja ensimmäinen nainen seitsemässä vuodessa voittaa taka-ajassa Yhdysvaltain mestaruuksia, koska Ashley Wagner vuonna 2012 ja 2013 ja koska Michelle Kwan voitti 8 seuraus titteliä. Bell ja Tennell auttoivat Liu'ta palkintotilaisuuden huipulle ja toistivat sen, mitä he tekivät edellisenä vuonna. Liu ei ollut oikeutettu kilpailemaan kansainvälisissä kilpailuissa, mutta hänet nimitettiin
2020 World Junior Championships -joukkue, Starr Andrewsin ja Lindsay Thorngrenin rinnalla.