Støtten til president Bashar al-Assad «kan undergrave vårt felles mål om å bekjempe ekstremisme», sa Kerry på telefon til sin russiske kollega Sergej Lavrov tirsdag.
Han mener de to landene må fortsette å konsentrere seg om å finne en løsning på konflikten i Syria ved hjelp av en «genuin politisk endring».
Det er tredje gang på en drøy uke at de to utenriksministrene snakker sammen.
– Grunnleggende uenige
I stedet for at russerne skal bygge opp en egen militær tilstedeværelse i Syria, vil Kerry at de skal bidra til koalisjonen som kjemper mot ekstremistgruppen Islamsk stat (IS). Presidentene Barack Obama og Vladimir Putin har ikke snakket sammen om dette temaet.
– Obama vil ta det opp når det «anses å fremme våre interesser», sier en talsmann for Det hvite hus.
Sjefen for den amerikanske etterretningsorganisasjonen CIA sier det er grunnleggende uenighet mellom USA og Russland om hvilken rolle Assad har spilt i å gjøre Syria til en magnet som tiltrekker seg fremmedkrigere og militante grupper. Assad-regimet har lenge hatt sterke bånd til Russland.
Ville la Assad gå
Tirsdag fortalte Finlands tidligere president Martti Ahtisaari at nettopp Russland for drøyt tre år siden kom med et forslag til fredsavtale for Syria som innebar at Assad gikk av.
I februar 2012 var Ahtisaari engasjert i uformelle Syria-forhandlinger og møtte representanter for de fem faste medlemmene i FNs sikkerhetsråd, skriver The Guardian.
Det skal ha vært Russlands FN-ambassadør Vitalij Tsjurkin som kom med forslaget som inkluderte Assads avgang.
– Tsjurkin sa tre ting: Én: Vi bør ikke væpne opposisjonen. To: Vi må få i gang en dialog mellom opposisjonen og Assad med en gang. Tre: Vi må finne en elegant måte Assad kan gå av på.
– Gikk glipp av en sjanse
Ahtisaari sier han presenterte forslaget for Storbritannia, USA og Frankrike, men at ingen fattet interesse for det. Han tror årsaken var at alle var overbevist om at Assad-regimet kom til å falle innen kort tid.
– Vi gikk glipp av en sjanse i 2012, sier Ahtisaari i intervjuet.
Tsjurkin har ikke villet kommentere saken og sier de omtalte samtalene var private.