Det var första gången USA hamnade i underläge sedan landskampen mot Sverige i Algarve cup i fjol.
Ma Jun gav Kina ledningen efter 37 minuter när hon drog till på volley efter en crosspassning av Zhou Gaopeng.
Alex Morgan, 21, blev inbytt tio minuter innan hon i 82:a minuten gjorde sitt första landskampsmål i sin tredje match. Alex ingick i USAs U20-landslag som vann VM 2008 och var den enda spelare i den nu aktuella damlandslagstruppen som fortfarande går på college.
USAs anfall fungerade inte i första halvlek och bara en gång tvingades Kinas målvakt Zhang Yue rädda.
– Matchen gav mig en del svar när spelartruppen ska bantas ytterligare. Yael Averbuch and Alex Morgan hjälpte till att förändra matchbilden och det måste vi kunna göra ett par tre gånger under en match för att bli mera oförutsägbara, sade förbundskapten Pia Sundhage efteråt.
– Vi måste jobba litet mer på att förbättra spelet på kanterna.
Den 28 oktober inleder USA sitt VM-kval i Mexiko mot Haiti.