För att sanktionsförslaget skulle godkännas hade det behövt få stöd från 60 av 100 senatorer.
Republikanen Ted Cruz hade lagt fram förslaget som ett svar på Rysslands mobilisering av trupper vid gränsen till Ukraina och hotet om en invasion.
– Om vi inte enas i dag riskerar Ukraina att helt strykas från kartan, sade han.
Kongressen försökte stoppa Nord Stream 2 genom en lag redan 2017, men den tidigare presidenten Donald Trump införde få sanktioner, en inriktning som den nuvarande presidenten Joe Biden följt. Han har också sagt att det är för sent att stoppa gasledningen.
Tysklands försvarsminister Christine Lambrecht varnade på torsdagen för att blanda in den rysk-tyska gasledningen i diskussionerna om Ukrainakonflikten.
– Vi behöver lösa den här konflikten, och vi behöver lösa den genom samtal, sade hon till radio- och tv-kanalen RBB.
Bakom bygget av Nord Stream 2 står förutom ryska Gazprom även stora energibolag från EU-länder: franska Engie, österrikiska OMV, brittisk-nederländska Shell samt tyska Uniper och Wintershall.