Mål från Conor McLaughlin och Devante Cole bedövade Blades och förlängde Cod Army unbeaten kör i ligan till en imponerande 11 matcher, flytta dem till inom sex punkter av andra plats Scunthorpe.
Det var en välförtjänt tre poäng som Uwe Rosler män imponerade från off, ta ledningen i 20: e minuten när McLaughlin borrade i Bobby Grants kors som var tänkt som ett skott på långt inlägget.
De borde ha varit 2-0 uppe vid pausen, men Simon Moore förnekade Wes Burns med en instinktiv räddning när anfallaren gick igenom på mål.
Billy Sharp var Uniteds största hot när de jagade en utjämnare tidigt i andra halvlek, men Fleetwood dödade matchen när Cole la sig på Ethan Ebanks-Landells svaga huvud till Lob Moore.
Blades, som parad nya signeringar James Hanson och Jay O'Shea innan kick-off, tryckte på för en väg tillbaka in i spelet men kunde inte hitta det och har nu tagit bara en punkt från sina tre senaste matcher.
Rapport från Pressföreningen.
Matchen slutar, Sheffield United 0, Fleetwood Town 2.
Andra halvlek, Sheffield United 0, Fleetwood Town 2.
Foul av John Fleck (Sheffield Förenade).
Conor McLaughlin (Fleetwood Town) vinner en frispark i anfallshalvan.
Substitution, Sheffield United. Matt Done ersätter Daniel Lafferty.
Försök blockerat. Caolan Lavery (Sheffield United) höger fotade skott från mitten av lådan är blockerad.
Försök missade. Bobby Grant (Fleetwood Town) vänster fotade skott utanför lådan är bara lite för hög.
Försök blockerat. Ashley Hunter (Fleetwood Town) höger fotade skott från höger sida av lådan är blockerad.
Ethan Ebanks-Landell (Sheffield United) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Cian Bolger (Fleetwood Town).
Billy Sharp (Sheffield United) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Cian Bolger (Fleetwood Town).
Foul av Caolan Lavery (Sheffield United).
Cian Bolger (Fleetwood Town) vinner en frispark i anfallshalvan.
Försöket räddades. Ethan Ebanks-Landell (Sheffield United) huvud från mitten av lådan sparas i mitten av målet.
Hörnet, Sheffield United. Förföljd av Cian Bolger.
Försök blockerat. Caolan Lavery (Sheffield United) höger fotade skott från mitten av lådan är blockerad.
Hörnet, Sheffield United. Förföljd av Cian Bolger.
Caolan Lavery (Sheffield United) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av George Glendon (Fleetwood Town).
Jack O'Connell (Sheffield United) vinner en frispark i anfallshalvan.
Stöld av David Ball (Fleetwood Town).
Foul av Billy Sharp (Sheffield United).
Ashley Eastham (Fleetwood Town) vinner en frispark på vänsterkanten.
Ersättning, Fleetwood Town. George Glendon ersätter Markus Schwabl.
Försök missade. Cian Bolger (Fleetwood Town) huvudet från mitten av lådan missar till vänster efter ett hörn.
Hörnet, Fleetwood Town. Förföljd av Stefan Scougall.
Ersättning, Fleetwood Town. David Ball ersätter Devante Cole.
Försök missade. Billy Sharp (Sheffield United) header från mitten av lådan är bara lite för hög.
Ethan Ebanks-Landell (Sheffield United) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Ashley Hunter (Fleetwood Town).
Mål!  Sheffield Förenade 0, Fleetwood Town 2. Devante Cole (Fleetwood Town) höger fotade skott från mitten av lådan till mitten av målet.
Devante Cole (Fleetwood Town) visas det gula kortet.
Kieron Freeman (Sheffield United) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Foul av Amari'i Bell (Fleetwood Town).
Ersättning, Fleetwood Town. Ashley Hunter ersätter Wes Burns.
Försöket räddades. Billy Sharp (Sheffield United) höger fotade skott från utsidan av lådan sparas i nedre vänstra hörnet.
Försök missade. Billy Sharp (Sheffield United) höger fotade skott från vänster sida av sex yard box missar till höger.
Foul av John Fleck (Sheffield Förenade).
Markus Schwabl (Fleetwood Town) vinner en frispark i anfallshalvan.
Fleetwood lyfte fram deras meriter som automatisk marknadsföringskandidater i League One genom att slå bordsspelare Sheffield United.