Sammanlagt frihetsberövades omkring 400 personer, och många av dem greps av maskerade män. Enligt en kommuniké från inrikesdepartementet på söndagskvällen skedde gripandena runtom i Minsk. De som greps bar enligt departementet i många fall på flaggor och "upprörande" plakat.
Demonstrationen, kallad "hjältarnas marsch", är en av de mest omfattande hittills under protesterna i Belarus. Beräkningen av antalet demonstranter har gjorts av nyhetsbyrån Reuters.
Vittnen och nyhetsbyrån AFP:s korrespondent på plats uppger att demonstranter greps av maskerad säkerhetspersonal, vissa i uniform, men utan gradbeteckningar, och andra i civila kläder. Videoklipp visar att många som frihetsberövas blir knuffade och blir slagna.
Demonstranter svarade med plakat med texten "fegisar bär mask".
Nätet delvis nedsläckt
Centralt belägna tunnelbanestationer stängdes. Vittnen berättar också att taggtrådsstängsel rullades och att både polisbussar och militära fordon parkerades i närheten av protesterna.
I ett uttalande från mobiloperatören A1, ett av Belarus tre mobilnätsbolag, begränsades internettrafiken under söndagen. "I enlighet med myndighetsdekret har kapaciteten reducerats i Minsk den 13 september", skriver bolaget enligt den ryska nyhetsbyrån Interfax.
Demonstrationen var den senaste i raden av missnöjesyttringar mot president Aleksandr Lukasjenko, vars auktoritära styre pågått i 26 år. Protesterna ägde rum inför planerade samtal mellan Lukasjenko och Rysslands president Vladimir Putin i den ryske ledarens sommarresidens Sotji på måndagen.
Rejält försvagad president
Frågan i Sotji blir om Lukasjenko, svårt försvagad av protester, har Kremls fortsatta förtroende. Kreml har sagt att träffen är ett rent arbetsmöte där samarbetet mellan de två länderna ska diskuteras.
Men partnerskapet mellan Belarus och Ryssland har avgörande strategisk betydelse för Moskva. Lukasjenkos politiska öde avgörs kanske snarare av den ryske presidentens beslut än av demonstranterna i Minsk.
De stora folkliga protesterna har pågått i Belarus sedan presidentvalet den 9 augusti, då Lukasjenko utropade sig till segrare med 80 procents väljarstöd. Resultatet är dock starkt ifrågasatt då det allmänt ses som en produkt av valfusk.
EU och flera västländer har meddelat att man inte accepterar valresultatet.