Detta är principen att alla webbplatser och appar ska vara lika tillgängliga.
Travel portal Cleartrip.com och media jätte Times Group båda meddelade att de skulle dra sig ur tjänsten, med hänvisning till konkurrens rädsla.
Men Facebook chefen Mark Zuckerberg försvarade Internet.org mål.
Tjänsten syftar till att utöka internettjänsterna till utvecklingsländerna genom att erbjuda ett urval av appar och webbplatser som är gratis för konsumenterna.
Telekomföretagen absorberar datakostnaderna i samband med hantering av Internet.org-trafik.
Men många företag fruktar att detta snedvrider marknaden och gör det svårare för små företag att få sina produkter sedda av allmänheten.
För närvarande kan indiska besökare på Internet.org få tillgång till nästan 40 strippade tjänster, inklusive jobb, hälso- och sjukvård, nyheter och utbildningssidor.
Times Group bloggade att det var tilltalande "till alla utgivare att gemensamt dra sig tillbaka från Internet.org" och sade att Times of India tidningen skulle också dra tillbaka "om dess direkta konkurrenter - India Today, NDTV, IBNLive, NewsHunt, och [the] BBC - också dra ut".
BBC har ännu inte svarat på samtalet.
En talesman för Times Group sade: " Vi stöder nätneutralitet eftersom det skapar rättvisa och lika villkor för alla företag - stora som små - att producera den bästa servicen och erbjuda konsumenterna den.
"Vi kommer att leda arbetet mot ett neutralt internet, men vi behöver också våra medutgivare och innehållsleverantörer för att göra det, så att spelplanen fortsätter att vara jämn."
Cleartrip sade att debatten om nätneutralitet hade gett den "paus att tänka om" sin inställning till Internet.org.
"Det som började med att tillhandahålla en enkel söktjänst har nu att göra med att påverka kundernas beslutsfattande genom att tvinga alternativ på dem, något som är emot vår kärn-DNA," skrev Subramanya Sharma, Cleartrips Chief Marketing Officer.
I Indien, problemet slog rubrikerna denna vecka efter telekomleverantören Bharti Airtel sade att det skulle tillåta mobila apputvecklare att betala dataavgifter som gör det möjligt för användare att få tillgång till apparna gratis.
Start-up utvecklare med lite finansiering kan därför vara i en kommersiell nackdel, hävdar teknikföretag.
Facebook lanserade Internet.org i Indien i februari efter att ha samarbetat med indiska telekomföretag Reliance Communications.
Indien har världens tredje största internet befolkning och är det första asiatiska landet att få tjänsten.
Zuckerberg försvarade initiativet i en artikel i tidningen Hindustan Times och sade: " Nätneutralitet står inte i konflikt med att arbeta för att få fler människor att komma i kontakt med varandra.
"Vi kommer aldrig att hindra människor från att få tillgång till andra tjänster, och vi kommer inte att använda snabblåtare."
En grupp indiska teknik- och internetföretag har dragit sig ur Facebooks Internet.org-initiativ och fruktar att det hotar principen om nätneutralitet.