I huvudstaden Hanoi sjöng demonstranter patriotiska sånger och höll upp plakat mitt emot den kinesiska ambassaden.
Spänningen har varit hög efter att vietnamesiska fartyg krockat med kinesiska fartyg som vaktar en oljerigg i ett omstridt område i Sydkinesiska havet.
Protesterna verkar ha den vietnamesiska regeringens godkännande.
Landets kommunistiska myndigheter har brutit upp tidigare anti-Kina-demonstrationer på grund av rädsla för att de kan bli kapade av demokratiaktivister, säger BBC: s Asia Pacific redaktör, Charles Scanlon.
Han säger dock att Hanoi också har använt demonstrationerna för att förmedla sin ilska över vad man ser som Pekings aggressiva kränkning av Vietnams suveränitet.
De som protesterade mot den kinesiska ambassaden på söndagen var krigsveteraner och studenter.
"Detta är den största anti-kinesiska demonstrationen jag någonsin har sett i Hanoi," en krigsveteran vid namn Dang Quang Thang berättade för AFP nyhetsbyrån.
"Vårt tålamod har gränser. Vi är här för att uttrycka det vietnamesiska folkets vilja att till varje pris försvara vårt territorium. Vi är redo att dö för att skydda vår nation, säger han.
Stora protester mot Kina sågs också i andra vietnamesiska städer.
Tidigare denna månad kolliderade fartyg från de två länderna nära en kinesisk oljeborrplattform i Sydkinesiska havet.
Kina har varnat Vietnam för att dra tillbaka sina fartyg från vatten, från de omtvistade Paracelöarna, att det gör anspråk på att vara sitt eget.
Men Vietnam - som också hävdar att sjösträckan - anklagade Kina för att ha skickat 80 fartyg, däribland fartyg från flottan, för att stödja en oljeborrning.
Den släppte videofilmer för att stödja sitt påstående att kinesiska fartyg hade rammat vietnamesiska fartyg.
USA har anklagat Kina för provokation och varnat för att tvisten skulle kunna destabilisera regionen.
Frågan diskuterades också av utrikesministrarna vid Asean-toppmötet med tio medlemmar i sydöstra Asien i Myanmar (även känt som Burma).
.......................................
Hundratals människor över hela Vietnam har protesterat mot Kinas roll i en havstvist - de största rallyna av sitt slag nyligen i det kommunistiska landet.