Uppslutningen var den största på länge i de studentledda protesterna mot landets regering och presidenten Aleksandar Vucic.
Demonstrationerna har varit återkommande sedan den svåra olyckan på en järnvägsstation i staden Novi Sad i november i fjol, då delar av taket rasade in och 16 personer omkom.
— Vi vill ha val, skanderade folkmassan som samlats centralt i Belgrad.
Lördagens protester blev ovanligt stökiga. I sammandrabbningar kastade demonstranter pyroteknik mot polisen, som svarade med tårgas och batonger.
Tiotals personer greps och minst åtta personer, varav sex poliser, skadades, enligt polischefen Dragan Vasiljevic.
Enligt en oberoende organisation som kartlägger offentliga sammankomster deltog cirka 140 000, medan det enligt polisens uppskattning var 36 000.
