Caeleb Dressel fue el primero en saltar por los americanos y entregó la posta a Phelps, segundo con 48.10 segundos en el crono.
El 'Tritón de Baltimore' saltó y 47.12 después dejó la mesa servida para que Ryan Held y Nathan Adrian se llevaran el triunfo con 3:09.92.
Phelps competirá ahora en los 100 y 200m mariposa y los 200m individual combinado.
El equipo brasileño quedó quinto en el relevo.