Regjeringens kunngjøring kom få timer etter at nasjonalforsamlingen i Kiev sa nei til lovforslag som kunne åpnet for at landets fengslede opposisjonsleder Julia Timosjenko kunne reist til Tyskland for medisinsk behandling.
En løslatelse av Timosjenko var en forutsetning for at EU ville inngå samarbeidsavtalen med Ukraina.
Russland er motstander av avtalen, som var ment å bli signert under EUs toppmøte i Vilnius neste uke.
Den planlagte samarbeidsavtalen er blitt omtalt som historisk, men med torsdagens vending blir den neppe realisert de nærmeste årene.
Russisk innspill
President Viktor Janukovitsj sa samme dag at Ukraina vil «fortsette veien mot EU-integrering». Hans regjering forslår samtidig at det etableres en komité for å løse handelsspørsmål der både Russland, Ukraina og EU deltar.
Også Putin tar til orde for at Russland deltar i diskusjonene om en eventuell samarbeidsavtale mellom Ukraina og EU.
Tidligere i november reiste Janukovitsj til Moskva for å ha hemmelig samtaler med Putin. Presidenten skal ha vært svært bekymret for hvordan det vil gå med ukrainsk økonomi hvis russerne bestemte seg for å iverksette straffetiltak mot Ukraina som følge av det tettere samarbeidet med EU.
Krav fra EU
EU har gjort det klart at samarbeidsavtalen med Ukraina, som er planlagt undertegnet under EU-toppmøtet i Vilnius 28.-29. november, kun vil bli en realitet hvis Timosjenko på ett eller annet vis blir løslatt. Russland har kritisert EU for å legge utilbørlig press på Ukraina.
Da ukrainske folkevalgte torsdag sa nei til de seks lovforslagene som kunne åpnet for at Timosjenko fikk medisinsk behandling i utlandet, ble også avtalen kastet ut i det blå.
Timosjenko er dømt for maktmisbruk i forbindelse med en gassavtale hun inngikk med Russland da hun var statsminister. Hun har sittet fengslet siden 2011.
Selv mener hun at hun er en politisk fange ettersom hun er landets fremste opposisjonsleder og en sterk motstander av Janukovitsj.
Flere opposisjonspolitikere reagerte ved å rope «Skam!» idet det ble klart at forslagene ble forkastet.