Företaget kommer att hyra röst- och datakapacitet från två befintliga operatörer - Sprint och T-Mobile - och använda befintliga wi-fi-hotspots, snarare än att bygga ny infrastruktur från grunden.
Inledningsvis kommer Project Fi endast att erbjudas till Nexus 6 användare ägare.
Google Fiber, byråns "ultrasnabba" bredbandstjänst, ses redan som en störande kraft på den amerikanska telekommarknaden.
Det har krediterats med att uppmuntra Comcast och Time Warner Cable att erbjuda sina egna kunder hastighetshöjningar utan högre priser.
Fibers utbyggnad innebar dock att Google köpte infrastruktur byggd av företag som hade kollapsat samt lade sina egna fiberoptiska kablar - vilket ger den full kontroll över tjänsten.
Däremot sade en expert att driften av ett mobilt virtuellt nätverk - som är beroende av rivalernas utrustning - skulle kunna begränsa Project Fis påverkan.
"Exemplet med MVNOs i USA och på andra håll tyder på att det är svårt för deras operatörer att dramatiskt förändra branschen på grund av sin natur", säger Ian Fogg från IHS Technology konsult.
"Men det förflutna är inte alltid en guide till framtiden.
"Ingen skulle ha trott att en telefonist tillverkare skulle kunna omvandla mobilindustrin genom att samarbeta med ett nätverk - men det är vad som hände med Apple och AT&T när iPhone lanserades.
"Och Google självt har upprepade gånger visat att det är kapabelt att ändra riktning för en industri genom att gå in i den."
Exempel på befintliga MVNOs inkluderar Tesco Mobile, GiffGaff, Red Pocket Mobile och Virgin Mobile.
Sundar Pichai, chef för Googles Android-plattform, nämnde först företagets plan att skapa ett telefonnätverk i februari, men gav lite detaljer på den tiden.
Företaget har nu avslöjat att dess abonnenter automatiskt kommer att byta mellan 4G-signaler från Sprint och T-Mobile, beroende på vilken som är starkare på den tiden.
De kommer också att kunna ringa över wi-fi utan att behöva använda en särskild app, liknande till sin natur Wi-fi Calling anläggning nyligen infördes av EE i Storbritannien.
"När du gör din dag, Project Fi automatiskt ansluter dig till mer än en miljon gratis, öppna wi-fi hotspots vi har verifierat som snabb och tillförlitlig," Google sade på sin blogg.
"När du är ansluten, hjälper vi till att säkra dina data genom kryptering. När du inte är på wi-fi flyttar vi dig mellan vilken av våra partnernätverk som helst som levererar den snabbaste hastigheten, så du får 4G LTE på fler platser."
När alternativ inte finns tillgängliga kommer användarna också att kunna använda 3G- och 2G-signaler.
Kunderna faktureras endast för den mängd data de faktiskt använder, i stället för att ha en ersättning som återställs varje månad, vilket är typiskt för befintliga tjänster.
Det sätt detta kommer att fungera är att kunderna kommer att betala en $20 (13.30) månadsavgift för obegränsade samtal och texter, en extra $10 för mobil dataåtkomst medan i USA och utomlands, och sedan ytterligare $10 för varje gigabyte av data som de väljer att konsumera.
"Låt oss säga att du går med 3 GB för $ 30 och bara använda 1.4GB en månad. Du får tillbaka 16 dollar, så du betalar bara för det du använder, förklarade firman.
"Detta är Google doppa sin tå i vattnet för att se vad det kan göra", sade Chris Green från Davies Murphy Group konsult.
"Det är ett riskfyllt sätt att komma in på marknaden med egen märkesservice.
"Var det för att senare vilja gå djupare, är det troligt att det skulle vara via ett förvärv, med tanke på de enorma kostnaderna för att bygga ett nätverk från grunden."
Tjänsten kommer att arbeta med befintliga kopior av Nexus 6-telefonen, tillverkad av Motorola, men kommer att kräva ett nytt Sim-kort.
Google sade att enhetens cellulära radio hade avsiktligt utformats för att fungera i ett brett utbud av 4G-nätverk i USA och utanför, vilket gör det möjligt att växla mellan leverantörer.
Eftersom byta nätverk kommer att påverka telefonens batteritid, företaget sade att det bara skulle flytta kunder "när det är absolut nödvändigt".
Google sade att det inte hade någon plan för att utvidga systemet till andra modeller och begränsade tillgången till inbjudningar.
Enligt Wall Street Journal kan detta bero på att Sprint har förbehållit sig rätten att omförhandla sitt avtal om tjänsten växer över en viss storlek.
"Google tar en ovanlig teknik strategi genom att förlita sig på sitt Sim-kort och en enda handset för att binda två 4G-nätverk i ett nätverk erbjudande," kommenterade Mr Fogg.
"I andra länder får konsumenterna samma dubbla nätverksfördelar genom att använda vilken telefonlur som helst när två operatörer samarbetar om delning av nätverk eller delning av webbplatser.
"Projekt Fis fokus på en användningsbaserad dataladdningsmodell kommer mest gynna de konsumenter som använder mindre mängder data, inte entusiaster som tenderar att äga Nexus-enheter.
"För att Project Fi ska få betydande effekter, måste Google bredda utbudet för att stödja fler smartphone-modeller."
Google har detaljerat sin plan för att köra ett mobiltelefonnätverk i USA.