La estadounidense, que ganó el primer grande del año en el Chevron Championship en abril, comenzó el día como colíder junto a la inglesa Charley Hull con nueve bajo par.
Vu tuvo un buen comienzo con un birdie en el segundo hoyo, al que siguió otro en el noveno, para tener el control en el ecuador de la ronda final.
La jugadora de 25 años sumó birdies en los hoyos 10 y 12 antes de meterse en problemas en el 15, pero aún así hizo un bogey.
Vu se recuperó pronto con un birdie en el 16 y terminó a lo grande con un birdie en el 18 para sellar una ronda final de 67 (-5) y ganar el último grande del año con un total de 14-bajo par.
«No tengo palabras para agradecer a mi equipo y a mi familia que hayan creído en mí», declaró Vu. «Ha sido muy duro durante los dos últimos meses y, de alguna manera, realmente creyeron en mí y me ayudaron a conseguir esta victoria aquí».
«Me encanta jugar con Charley Hull, es muy divertido verla. Recuerdo que ayer miraba al público y quería jugar hoy con ella. Es genial, muy simpática y me encanta jugar con ella. Es una gran golfista.
«Ha sido el mejor público ante el que he jugado en mi vida. Recordaré este momento el resto de mi vida. Han sido geniales; sé que animaban a Charley, pero también me han aplaudido a mí, lo cual es increíble».
La inglesa Hull terminó en segunda posición con ocho bajo par después de firmar una ronda de 73 (+1) en la última jornada en Walton Heath.
«Lilia ha jugado increíble y, para ser justos, creo que no he tenido suerte», dijo Hull. «Empezando por el primer hoyo, metí un buen putt y luego, en el cinco, me salí.
«No sentí que nada me saliera bien, ni siquiera algunos lies que tenía, y me estaba quedando sin fuerzas al final. Es un fastidio porque es mi cuarto segundo puesto del año y el segundo en un major”.
La coreana Jiyai Shin terminó la semana en tercera posición en solitario, con siete bajo par, tras realizar una ronda de 70 (-2) el cuarto día en Surrey.
Las coreanas Amy Yang y Hyo-Joo Kim, con seis bajo par, empataron en la cuarta plaza.
Un trío de estadounidenses terminaron la semana compartiendo la sexta plaza con Allisen Corpuz, Ally Ewing y Angel Yin, todas con cuatro bajo par.
En la Race to Costa del Sol 2023, Celine Boutier amplió su ventaja al frente de la clasificación y ahora suma 1.725,38 puntos.
La española Ana Peláez sigue segunda con 1.433,20 puntos, con la india Aditi Ashok tercera (1.309,19) y la sueca Linn Grant cuarta (1.276,28).