O pronunciamento ocorre horas após Pyongyang disparar um míssil balístico que sobrevoou o Japão e caiu no Oceano Pacífico.
"China e Rússia precisam indicar sua intolerância com esses lançamentos de mísseis imprudentes e tomar suas próprias ações diretas", disse Tillerson.
O Secretário de Estado também disse que "essas continuadas provocações apenas aumentam a isolação econômica e diplomática" do país de Kim Jong-un.
O Pentágono confirmou o lançamento de um míssil norte-coreano e classificou o projétil como de médio alcance. O Conselho de Segurança da Nações Unidas (ONU) confirmou uma reunião para sexta-feira para discutir o assunto.