Rex Tillerson sier Russland må velge å samkjøre seg med USA og andre vestlig orienterte land, eller med Assad, Iran og Hizbollah.
Det kom fram på den nylig avsluttede møtet i Italia mellom utenriksministrene i de sju største og mest avanserte økonomiene i verden.
Der har krigen i Syria vært på toppen av agendaen som en følge av det kjemisk angrepet som tok livet av minst 86 mennesker og skadet svært mange i forrige uke.
USA klandrer Syria for det kjemiske angrepet og USAs president Donald Trump ga ordre om å angripe en syrisk flybase. Dermed er det nå en åpen konflikt mellom USA og Russland, som er Syrias allierte.
Det feier også til side de som mener at Trump ville komme til å behandle Russland med silkehansker.
Møter Sergej Lavrov i kveld
Tonen foran utenriksminister Rex Tillersons besøk i Moskva tirsdag kveld er tøff. Planen er å møte utenriksminister Sergej Lavrov.
– Russland har ikke klart å være garantist for å avvæpne Syria med kjemiske våpen, sa Rex Tillerson til internasjonal presse i Italia.
Tillersson har tidligere vært sjef i oljeselskapet Exxon Mobil, som hadde gigantiske prosjekter i Russland. I 2012 ble han tildelt "den russiske vennskapsorden" av president Vladimir Putin.
Nå er beskjeden fra G7 med Storbritannia og Tyskland i spissen at man må bruke den siste utviklingen i Syria-spørsmålet til å finne en politisk løsning .
Russland håper samtalene blir produktive
Russland på sin side har fordømt USAs rakettangrep mot den syriske flybasen på fredag. Russerne har kalt angrepet for et illegalt angrep mot en annen suveren stat.
Russland frykter at USAs nye president, som mange trodde ville ta en mindre aktiv utenrikspolitisk rolle, i økende grad skulle bruke militærmakt for å nå sine utenrikspolitiske mål.
Det russiske utenriksdepartementet sier at de håper FN vil granske det kjemiske angrepet i Syria, som utløste USAs rakettangrep.
De sier i en uttalelse at de håper samtalene blir produktive, men at de vil uttrykke bekymring for om USA kommer til å gå til angrep på Nord-Korea.
- Les også: