Austins besked till Ryssland kom i ett samtal med sin ryske kollega Sergej Sjojgu efter veckans incident då en amerikansk drönare störtade i Svarta havet efter närkontakt med ett ryskt attackplan.
Tidigare under onsdagen hade Rysslands ambassadör i Washington, Anatolij Antonov, uppmanat USA att upphöra med "fientliga" överflygningar nära den ryska gränsen.
Men Lloyd Austin var tydlig när han sade att Ryssland måste ta ansvar för att dess flyg flygs "säkert".
– Som jag har sagt åtskilliga gånger, det är viktigt att stormakterna är förebilder när det gäller transparens och kommunikation, och USA kommer att fortsätta att flyga överallt där internationell lag tillåter, säger Austin på en pressträff.
Ryskt svar
Ryssland bekräftade först samtalet i korta ordalag. Sedan kom ett uttalande från det ryska försvarsdepartementet om vad försvarsministern Sergej Sjojgu hade sagt till Austin.
Sjojgu anklagade USA för "ökad underrättelseverksamhet riktad mot intressen inom den Ryska federationen". Han sade också att USA "inte efterlevt" flygbegränsningar i den aktuella flygzonen.
I ett uttalande från det ryska försvarsdepartementet sades det också att drönarflygningar över Krims kust "är en provokation" och att fortsatta flygningar förvärrar säkerhetsläget:
"Ryssland är inte intresserat av en sådan utveckling, men Ryssland kommer att svara proportionerligt på alla provokationer."
Första samtalet på månader
Samtalet mellan de två försvarsministrarna var det första sedan oktober i fjol och att det hölls är ett tecken på allvaret i drönarincidenten.
– Vi tar varje potentiell upptrappning på mycket stort allvar och det är därför jag anser att det är viktigt att hålla kommunikationslinjerna öppna, sade Austin.
USA:s försvarschef, general Mark Milley, säger samtidigt att Pentagon ännu inte har analyserat all data från drönaren och därmed inte kan säga exakt vad som hände tidigt i tisdags.
– Var det en medveten handling eller inte? Det vet vi inte ännu, säger han.
– Vi vet att genskjutningen var medveten. Vi vet att det aggressiva beteendet var medvetet och vi vet att det hela genomfördes väldigt oprofessionellt och väldigt osäkert.
Drönaren förstörd?
Nikolaj Patrusjev, chef för Rysslands säkerhetsråd, uppgav tidigare under dagen att man skulle försöka bärga vad som är kvar av drönaren, som ligger på djupt vatten i Svarta havet.
Men Milley säger att han inte är orolig för att drönaren fortfarande skulle bära på hemlig information som Ryssland skulle kunna komma över.
– Den förstördes antagligen och det finns nog inte så mycket kvar att rädda, om jag ska vara ärlig. Vad gäller eventuella förluster av känslig information skulle vi normalt vidta åtgärder, och det har vi gjort. Så vi är ganska säkra på att vad som var värdefullt inte längre är det.