De VS beschuldigden Vulin ervan Moskou te helpen bij zijn "kwaadaardige" activiteiten en banden te hebben met een wapenhandelaar en een drugshandel.
In zijn ontslagbrief zei Vulin, die ook aan het hoofd staat van de mede-regerende Beweging van Socialisten, dat hij ontslag nam om het gevaar weg te nemen van westerse "dreigementen en chantage" aan het adres van president Aleksandar Vucic en Servië over deelname aan internationale sancties tegen Rusland.
"Als we daarmee zouden instemmen, zou de volgende eis ... de aanvaarding van westerse waarden zijn," zei Vulin.
"Ik zal niet toestaan dat ik de oorzaak ben van chantage en druk op Servië en de Servische wereld. Daarom dien ik onherroepelijk mijn ontslag in," zei hij.
Vulin, die eerder minister van Defensie en minister van Binnenlandse Zaken was, is de eerste Servische hoge ambtenaar die door de VS is gesanctioneerd sinds Vucic in 2017 het presidentschap van Servië overnam.
De Servische regering en de BIA waren niet onmiddellijk bereikbaar voor commentaar.
In juli zei Vucic dat Servië de beschuldigingen van de Verenigde Staten zou onderzoeken.
Vulins ontslag komt op een moment dat Servië onder druk staat van het Westen om de banden te herstellen met het onafhankelijke Kosovo, de voormalige Albanese zuidelijke provincie. Het komt ook slechts twee dagen nadat Vucic vervroegde verkiezingen heeft uitgeschreven voor 17 december.
Hoewel Belgrado de invasie van Rusland in Oekraïne herhaaldelijk heeft veroordeeld, heeft het tot nu toe geweigerd zich aan te sluiten bij de internationale sancties tegen Moskou.
Servië is kandidaat voor toetreding tot de Europese Unie, maar moet eerst de corruptie en georganiseerde misdaad uitroeien en zijn buitenlands beleid afstemmen op dat van het blok.
