I manifestanti hanno affollato le strade che portano alla piazza Terazije, sventolando bandiere serbe e cantando "Non scaverete" e "Rio Tinto lascia la Serbia!".
I funzionari governativi hanno affermato che le proteste sono state motivate politicamente e progettate per far cadere il Presidente Aleksandar Vucic e il suo governo.
Zlatko Kokanovic, leader della protesta e agricoltore della regione di Jadar, dove è prevista la miniera, ha esortato i manifestanti a bloccare due importanti stazioni ferroviarie di Belgrado.
Il mese scorso, la Serbia ha ripristinato la licenza di Rio per sviluppare quella che sarebbe la più grande miniera di litio d'Europa, due anni dopo che il governo precedente aveva bloccato il processo a causa delle preoccupazioni dei gruppi ambientalisti.
La decisione ha scatenato proteste a livello nazionale nelle città della Serbia. I manifestanti hanno dato al governo una scadenza per vietare l'esplorazione e lo sfruttamento del litio, che è scaduta sabato.
"Non ci arrenderemo. La miniera non può essere costruita su terreni agricoli", ha detto Mica Miliovanovic, un'operaia di 63 anni. "Questo non ha nulla a che fare con la politica".
Venerdì, Vucic ha detto che le autorità avevano ricevuto informazioni dalla Russia secondo le quali si stava pianificando un colpo di Stato in Serbia.
"Abbiamo motivo di essere cauti", ha dichiarato sabato il vice premier Aleksandar Vulin all'agenzia di stampa Tanjug.
Se realizzato, il progetto di litio Jadar da 2,4 miliardi di dollari potrebbe coprire il 90% dell'attuale fabbisogno di litio in Europa e rendere Rio Tinto uno dei principali produttori di litio al mondo.
Il litio è un componente chiave delle batterie dei veicoli elettrici e dei dispositivi mobili.
I funzionari governativi affermano che la miniera di litio stimolerebbe l'economia della Serbia, ma gli ambientalisti sostengono che il prezzo sarebbe troppo alto.
Il 19 luglio, Vucic, il Cancelliere tedesco Olaf Scholz e il Commissario UE per l'energia Maros Sefcovic hanno firmato un accordo che garantirebbe ai produttori degli Stati membri dell'UE l'accesso alle materie prime estratte in Serbia, tra cui il litio.
L'accordo è destinato a ridurre la dipendenza dell'UE dalle importazioni dall'America e dall'Asia.