Det kritiserade förslaget har mötts av flera stora protestmarscher sedan början av december, och regeringen har blivit alltmer impopulär. Med ett troligt val senare i år har de demonstrerande nu fått gehör.
– Vi har uppfyllt alla krav som miljöaktivisterna har kommit med och satt stopp för Rio Tinto i Serbien, säger premiärminister Ana Brnabić i ett tv-sänt tal.
Stora mängder litium har hittats runt staden Loznica. Gruvjätten har köpt upp mark i området i väntan på ett godkännande att inleda gruvverksamhet, planer som nu alltså grusas.
Litium används bland annat i elbilsbatterier, mobiltelefoner och datorer och efterfrågan på metallen är stor.
Men utvinningen skapar ofta miljöproblem. Gruvbrytningen lämnar vanligtvis stora sår i marken, kräver mycket vatten och leder till omfattande koldioxidutsläpp.