Samtidig bekrefter han at ukrainske regjeringsstyrker er i ferd med å gjenerobre kontrollen over landsbyer i området.
– Meldingene fra Lyman er urovekkende. Akkurat nå er byen delvis omringet, sier Denis Pusjilin i sosiale medier.
Pusjilin er leder for utbryterregionen Donetsk. Russiske styrker brukte flere uker på å få kontroll over Lyman i vår.
Nyhetene om kampene rundt Lyman kommer samtidig som russiske myndigheter forbereder en seremoni i Moskva der Donetsk og tre andre ukrainske områder offisielt skal erklæres som russiske.
Lyman ligger i den nordlige delen av Donetsk, et fylke som bare delvis er under russisk kontroll.
Pushilin sier at ukrainske styrker forsøker å overskygge den historiske innlemmelsen i Russland.
– Våre folk kjemper, vi kaller ut reserver og vi må holde ut, til tross for at fienden har satt inn betydelige styrker mot oss, sier Donetsk-lederen.
Myndigheter i Kyiv sier at ukrainske styrker står like ved Lyman og at en landsby er gjenerobret fem kilometer unna.