Swiatek, segunda cabeza de serie, no pierde antes de los octavos de final a este nivel desde Cincinnati 2021.
La polaca se puso 5-2 arriba en el primer set, pero Mertens remontó para ponerse 5-5 antes de que Swiatek pudiera recuperar su dominio en el tie-break.
A partir de ese momento, Swiatek no miró atrás y se hizo con el segundo set en muy poco tiempo. Su porcentaje de primeros servicios pasó del 60% al 79% en el segundo set.
"En el primer set, mi saque no funcionó a la perfección. Estoy contenta de haber tenido la paciencia suficiente para trabajarlo, y en el segundo set me sentí mucho mejor", dijo Swiatek.
La ucraniana Elina Svitolina, 22ª cabeza de serie, superó a la checa Karolina Muchova, 15ª, para pasar a la cuarta ronda con una victoria por 6-2, 3-6 y 6-2.
En el cuadro masculino, el búlgaro Grigor Dimitrov (33) se impuso por 6-7 (7/3), 6-4 y 7-5 a Karen Khachanov (28) en un duelo en el que, como era de prever, dominó la línea de fondo.
La victoria, conseguida en dos horas y 38 minutos, convirtió a Dimitrov en el cuarto jugador en activo que alcanza las 100 victorias en un Masters 1000 sobre pista dura.
"Es fantástico. El año pasado creo que llegué a las 100 victorias en pista cubierta, ahora esto. Creo que es bonito cada vez que alcanzas un hito así", dijo Dimitrov.
"Nos conocemos muy bien, entrenamos mucho juntos, así que no había secretos. Al final, todo se redujo a unos pocos puntos".
Más tarde, el domingo, el cuarto cabeza de serie, Novak Djokovic, se enfrenta al argentino Camilo Ugo Carabelli.