Amerikanens fjärde raka VM-guld på distansen säkrades med tiden 19,52 sekunder – sex hundradelar före landsmannen Kenneth Bednarek.
Lyles hade visat musklerna redan i semifinalen när han sprang på 19,51. Nu fick han slita hårdare och det var först på upploppet som han kopplade guldgreppet.
Bryan Levell, Jamaica, sprang på 19,64, vilket räckte för att knipa bronset.
Damfinalen blev inte lika jämn. Melissa Jefferson-Wooden, USA, var överlägsen och vann på 21,68, nytt personbästa för 24-åringen. På pallen får hon sällskap av Amy Hunt, Storbritannien, (22,14) och Shericka Jackson, Jamaica (22,19).