Enligt Times har telekomföretagen AT&T och Verizon, liksom biluthyrningsföretaget Enterprise och läkemedelsjätten GSK, dragit tillbaka all reklam som inte är sökbar.
En undersökning av tidningen fann att stora varumärken dök upp bredvid YouTube-videor som främjade extremistiska åsikter - vilket genererade intäkter för skaparna.
Företaget har bett om ursäkt och lovat bättre verktyg för annonsörer.
Trots Googles ansträngningar att begränsa raden, som började i Storbritannien tidigare i veckan, verkar det nu ha fångat den amerikanska reklambranschens uppmärksamhet - skapa ett stort problem för Google som det försöker lugna varumärken deras annons spendera är inte finansiering hat grupper.
Enligt The Times, Verizons annonser visas längs sidan videor gjorda av Wagdi Ghoneim, en egyptisk präst som hade förbjudits från USA över extremism, och Hanif Qureshi, vars läror inspirerade mordet på en pakistansk politiker.
Vi är djupt oroade över att våra annonser kan ha dykt upp vid sidan av YouTubes innehåll som främjar terrorism och hat, säger AT&T i ett uttalande på onsdag.
"Tills Google kan se till att detta inte händer igen, tar vi bort våra annonser från Googles icke-sökplattformar.
Den brittiska undersökningen ledde till att mer än 250 varumärken drog tillbaka sin reklam. I ett blogginlägg som publicerades på måndagen meddelade Googles chefsekonom Philipp Schindler att företaget höll på att utöka sin policy om hatpropaganda till att inkludera videor som riktar sig till utsatta grupper.
Som svar på den senaste bojkotten från de amerikanska varumärkena, Google sade på onsdag: Vi har börjat en omfattande översyn av vår reklampolicy och har gjort ett offentligt åtagande att sätta på plats förändringar som ger varumärken mer kontroll över var deras annonser visas.
Vi höjer också ribban för våra reklampolicyer för att ytterligare skydda våra annonsörer.
Google är den dominerande spelaren i online-reklam, och annonser är den överlägset största källan till pengar. År 2016 genererade företaget $80 miljarder i annonsintäkter - står för nästan 90% av företagets totala intäkter för året.
Av de bojkotter som tillkännagavs på onsdagen har både Verizon och AT&T stora egna online-reklamambitioner. Verizon i synnerhet nyligen gått med på att köpa omstridda webbportalfirman Yahoo för $ 4,48 miljarder - en affär som den hoppas kommer att hjälpa den att konkurrera med Google för annonsförsäljning.
Följ Dave Lee på Twitter @DaveLeeBBC. Du kan nå Dave säkert genom krypterade meddelanden app Signal på: +1 (628) 400-7370
Minst fyra stora amerikanska företag har dragit miljontals dollar i reklam från Googles plattform mitt i rader över extremistiskt innehåll.