Pour la première fois, l'Ukraine a tiré des missiles américains à plus longue portée sur le territoire russe, a déclaré le gouvernement russe, un jour après que Washington ait donné son autorisation pour de telles attaques.
Les responsables américains ont également confirmé l'utilisation du système de missiles tactiques de l'armée (Atacms) aux nouvelles de CBS, le partenaire américain de la BBC.
L'Ukraine n'a pas fait de commentaires.
Le ministère russe de la Défense a déclaré que la grève visait la région de Bryansk bordant l'Ukraine au nord mardi matin.
Cinq missiles ont été abattus et un a été endommagé, ses fragments ayant causé un incendie dans une installation militaire de la région, a déclaré le ministère.
Le ministre russe des Affaires étrangères Sergey Lavrov a accusé Washington d'essayer d'aggraver le conflit.
"Ce Atacms a été utilisé à plusieurs reprises la nuit contre la région de Bryansk est bien sûr un signal qu'ils [les États-Unis] veulent l'escalade", a-t-il déclaré.
« Et sans les Américains, l'utilisation de ces missiles de haute technologie, comme Poutine l'a dit à maintes reprises, est impossible. » Il a déclaré que la Russie « aurait obtenu de la compréhension » que les missiles étaient exploités par des « experts militaires américains ».
"Nous prendrons cela comme un visage renouvelé de la guerre occidentale contre la Russie et nous réagirons en conséquence", a-t-il déclaré lors d'une conférence de presse au G20 à Rio de Janeiro.
Plus tôt mardi, le Kremlin a approuvé des changements à la doctrine nucléaire de la Russie, établissant de nouvelles conditions dans lesquelles le pays envisagerait d'utiliser son arsenal.
Il dit maintenant qu'une attaque d'un État non nucléaire, si elle est soutenue par une puissance nucléaire, sera traitée comme une attaque conjointe contre la Russie.
L'Ukraine utilise déjà Atacms dans les zones de son propre territoire occupées par la Russie depuis plus d'un an.
Les missiles peuvent atteindre des cibles à une portée allant jusqu'à 300 km (186 milles) et sont difficiles à intercepter.
Kyiv est maintenant en mesure de frapper plus profondément la Russie à l'aide des missiles, y compris autour de la région de Kursk, où les forces ukrainiennes détiennent plus de 1000 km2 de territoire.
Les autorités ukrainiennes et américaines s'attendraient à une contre-offensive dans la région.
Dans une déclaration, le ministère de la Défense de la Russie a déclaré que la grève a été lancée à 03:25 (00:25 GMT).
Un incendie causé par les débris tombés de l'un des missiles s'est rapidement éteint et il n'y a pas eu de victimes, a-t-il dit.
L'armée ukrainienne a précédemment confirmé qu'elle avait percuté un entrepôt de munitions dans la région russe de Bryansk, mais elle n'a pas précisé si Atacms était utilisé.
Il a dit que l'attaque, sur un dépôt à environ 100 km de la frontière près de la ville de 16 Karachev, a provoqué des explosions secondaires.