Les États-Unis ont accusé M. Vulin d'aider Moscou dans ses activités "malveillantes" et d'avoir des liens avec un marchand d'armes et un réseau de trafiquants de drogue.
Dans sa lettre de démission, M. Vulin, qui est également à la tête du Mouvement socialiste, a déclaré qu'il démissionnait pour écarter le danger des "menaces et chantages" occidentaux à l'encontre du président Aleksandar Vucic et de la Serbie concernant l'adhésion aux sanctions internationales à l'encontre de la Russie.
"Si nous acceptons cela, la prochaine exigence sera... l'acceptation des valeurs occidentales", a déclaré M. Vulin.
"Je ne me permettrai pas d'être la cause du chantage et de la pression exercés sur la Serbie et le monde serbe. C'est pourquoi je présente ma démission irrévocable", a-t-il ajouté.
Vulin, qui a précédemment occupé les postes de ministre de la Défense et de ministre de l'Intérieur, est le premier haut fonctionnaire serbe à avoir été sanctionné par les États-Unis depuis que Vucic a pris ses fonctions présidentielles en Serbie en 2017.
Le gouvernement serbe et la BIA n'ont pas pu être joints immédiatement pour des commentaires.
En juillet, M. Vucic a déclaré que la Serbie enquêterait sur les accusations portées par les États-Unis.
La démission de M. Vulin intervient alors que la Serbie subit des pressions de la part de l'Occident pour renouer les liens avec le Kosovo indépendant, son ancienne province albanaise du sud. Elle intervient également deux jours seulement après que M. Vucic a convoqué des élections anticipées pour le 17 décembre.
Bien que Belgrade ait condamné à plusieurs reprises l'invasion de l'Ukraine par la Russie, elle a jusqu'à présent refusé de se joindre aux sanctions internationales contre Moscou.
La Serbie est candidate à l'adhésion à l'Union européenne, mais elle doit d'abord éradiquer la corruption et le crime organisé et aligner sa politique étrangère sur celle de l'Union.
