Premiärminister Matteo Renzi sade att det var svårt att söka EU-hjälp för migration "när vissa regioner i ditt eget land säger att problemet inte har något med dem att göra".
Ledare i Lombardiet, Ligurien och Venetien varnar för att de inte kan ta emot fler migranter.
Italien kämpar med en enorm ökning av migrationen, med nästan 6.000 människor räddade från havet just i helgen.
Mer än 50.000 människor har anlänt till Italien i år, de flesta av dem sätter segel från Libyen ombord på osäkra fartyg.
Mer än 1 500 människor har drunknat när de har korsat Medelhavet i år. Dödsfallen har lett till en EU-insats för att öka sjöpatrullerna utanför Libyens vatten.
De räddade migranterna förs i land till centrum i hela Italien, där de förväntas stanna tills deras asylansökningar har behandlats inom EU.
Efter G7-toppmötet i Tyskland sade Renzi att EU måste erkänna att dess nuvarande system för att hantera invandrare inte fungerar.
"Vad vi behöver göra just nu är att lösa problem, inte genom att skrika utan genom handling", sade han.
Han uppmanade också EU att ta emot fler flyktingar från Italien och sade att en ny plan för att flytta 24.000 flyktingar till andra europeiska länder var "inte tillräcklig".
Tillströmningen har satt en stor press på Italiens asylinfrastruktur och har gett stöd till högerpolitiker som motsätter sig invandring.
På söndagen sade Lombardiets president Roberto Maroni att hans region inte skulle ta emot fler migranter. Han hotade också att minska finansieringen till lokala myndigheter som fortsatte att ta emot invandrare.
Hans ståndpunkt stöddes av Luca Zaia, Venetos president och en medlem av Nordligan. Han stöddes också av Giovanni Toti, den nyvalde presidenten i regionen Liguria och en medlem av Forza Italia.
De tre nordliga regionerna är bland de mest välbärgade i Italien och har hittills inhyst cirka 15 % av den senaste invandringen.
Sicilien, en relativt fattig sydlig region med hög arbetslöshet, har inhyst 22 procent.
Italiens regering förutspår att totalt 200 000 migranter kommer att anlända till landets kuster i år, från 170 000 år 2014.
Italiens regering har kritiserat ledarna i norra delen av landet för deras vägran att ta emot fler migranter som räddats från Medelhavet.