El español hizo birdie en el cuarto hoyo de desempate para vencer al estadounidense Andrew Landry y capturar su segundo trofeo del PGA Tour de Estados Unidos.
Rahm, con un ascenso de un puesto al número dos del mundo cuando se actualice el ranking este lunes, tuvo cinco birdies en su tarjeta de 67 golpes, cinco bajo el par.
Terminó libre de bogeys en el Stadium Course en La Quinta para hacerse con la ventaja y vencer con 266 impactos (-22).
Pero Landry, en busca de un primer título del PGA Tour, rodó con un putt de birdie de 11 pies en el hoyo 72 para terminar con un cartón con 68 (-4) y forzar el desempate.
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Ambos jugadores anotaron los primeros tres hoyos de playoffs, aunque cada uno tuvo oportunidades de birdie para ganar.
Rahm finalmente se abrió paso cuando volvieron al hoyo 18 por tercera vez en el desempate.
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Después de rodar en su putt para birdie, Landry no lo vio desde una distancia similar en el otro lado del hoyo y cedió el encuentro.
"Es una sensación increíble ... jugar de la manera en que lo hice y tener una oportunidad", dijo Rahm, de 23 años.
"Obviamente, apuntale a Andrew. Para birdie 18 desde el rough correcto, tener birdie, es un gran logro".
"Cualquiera de nosotros habría sido un campeón merecedor", agregó Rahm, quien defiende su primer título del PGA Tour en el Farmers Insurance Open en Torrey Pines a partir del próximo jueves.
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"Nunca pensé que iba a estar en este momento de mi vida", dijo, y agregó que era "difícil de creer" que superaría al tres veces ganador principal Jordan Spieth en el segundo lugar en el ranking mundial liderado por el estadounidense Dustin Johnson.
El venezolano Jhonattan Vegas terminó decimotercero con 271 golpes (-17) y el mexicano Abraham Ancer concluyó en el puesto 76.
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El argentino Fabián Gómez, el colombiano Camilo Villegas y el también azteca Roberto Díaz no pasaron el corte del segundo día.
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