BBC cho hay, những người biểu tình hô vang khẩu hiệu "Không chiến tranh!" và "Hãy ngừng nói dối!". Họ mang cả cờ Nga và Ukraine, đi từ Quảng trường Pushkin đến Sakharov Boulevard ở trung tâm Moscow.
Các cuộc biểu tình tương tự cũng diễn ra tại St Petersburg và nhiều thành phố khác của Nga.
Các nhà tổ chức biểu tình cho biết họ ước tính có tới 50.000 người tham gia cuộc biểu tình này.
Cảnh sát tăng cường an ninh và đến giờ vẫn chưa thấy xuất hiện hiện tượng bạo lực nghiêm trọng nào.
BBC cho rằng, đây được cho là cuộc biểu tình chống chiến tranh đáng chú ý đầu tiên của Nga kể từ khi các cuộc giao tranh bắt đầu ở các vùng Donetsk và Luhansk, miền đông Ukraine hồi tháng Tư vừa qua.
Bên cạnh đó, những người Nga ủng hộ ly khai ở miền Đông Ukraine cũng tổ chức các cuộc biểu tình tại Moscow.
Trước đó, tướng Philip Breedlove, chỉ huy tối cao của NATO ở châu Âu, cho biết thỏa thuận ngừng bắn giữa chính phủ Ukraine và ly khai hiện chỉ tồn tại "trên danh nghĩa".
Ông cho biết số lượng đạn pháo bắn gần đây vẫn tương đương với khoảng thời gian trước khi lệnh ngừng bắn có hiệu lực hôm 5/9.
Ông nói: "Tình hình ở Ukraine hiện giờ không ổn. Số sự vụ, đạn và pháo binh sử dụng trong vài ngày qua tương đương với trước lệnh ngừng bắn. Lệnh ngừng bắn vẫn chỉ là danh nghĩa, mọi chuyện đang diễn ra hoàn toàn khác”.
Tướng Breedlove cho rằng, từ tuần trước, một số lực lượng Nga ở Ukraine đã trở về Nga nhưng họ vẫn đang trong trạng thái sẵn sàng quay trở lại khi được lệnh.
Tuy vậy, ông bày tỏ hy vọng về thỏa thuận mới ký vào sáng ngày 19/9 về việc thành lập một vùng đệm an toàn 30km ở miền Đông Ukraine.
Trong khi đó, phát ngôn viên quân đội Ukraine Andriy Lysenko cho biết lực lượng chính phủ sẽ chỉ rút khỏi vùng đệm này sau khi ly khai và quân đội Nga làm như vậy.
Những điểm chính trong thỏa thuận tạo vùng đệm bao gồm:
* Mỗi bên rút vũ khí hạng nặng ra khỏi khu vực giao chiến hiện tại 15 km để tạo một vùng an toàn 30km.
* Cấm các hoạt động tấn công.
* Cấm các máy bay chiến đấu vào khu vực an toàn.
* Thành lập một đội giám sát của Tổ chức An ninh và Hợp tác châu Âu (OSCE).
* Tất cả các lính đánh thuê của nước ngoài phải rút khỏi khu vực xung đột.
