Muchova, séptima cabeza de serie, ha superado los 50 errores no forzados cometidos durante las dos horas y 52 minutos de partido para vencer a Osaka 7-5, 1-6, 7-6 (9-7).
Osaka, actual número 17 del mundo, ha desperdiciado una ventaja de tres juegos en el primer set después de encadenar varios golpes errados en el séptimo juego.
La jugadora de 28 años, que representa a Japón, solo ha cedido un juego para ganar el segundo set y ha salvado ocho puntos de partido en el tercero, pero no ha podido superar la volea ganadora de Muchova.
"Creo que siempre ha jugado muy bien y con mucha solidez", ha declarado la jugadora checa de 30 años ante el público.
"Estaba temblando. Estoy feliz de haber logrado la última volea... Naomi podría estar aquí. Estoy yo y estoy realmente agradecida por ello".
En los cuartos de final se enfrentará a su compatriota Nikola Bartunkova, que posteriormente ha derrotado a la austríaca Sinja Kraus 6-0, 4-6, 6-3.
Antes, la rusa Mirra Andreeva ha derrotado a la ucraniana Daria Snigur 6-2, 6-2 para sellar su pase a los cuartos de final, donde se medirá a su compatriota Ekaterina Alexandrova.
Alexandrova, número 28 del mundo, ha sorprendido a la campeona de Wimbledon Linda Noskova 6-2, 6-2 y ha puesto fin a la aspiración de la jugadora checa de regresar a la final de Pekín, que alcanzó el año pasado.