Overvåkingsskipene kom inn i Japans territorialfarvann ved øya Minamikojima ved halv sju-tiden torsdag morgen, ifølge den japanske kystvakten.
Øya ligger i den omstridte øygruppen Japan kaller Senkakus og Kina kaller Diaoyus.
Betent forhold
Forholdet mellom Kina og Japan er blitt svært betent de siste månedene på grunn av konflikten om øyene, som ligger i farvann med store fiskeressurser.
Det antas også at det kan være store naturressurser i havbunnen rundt øyene.
Hemmelig møte
Diplomater fra Japan og Kina har møttes for å prøve å finne en løsning på striden om de ubebodde øyene, bekrefter Japans regjering.
Japanske medier har meldt at landets viseutenriksminister Chikao Kawai i hemmelighet møtte kinesiske diplomater, trolig inkludert hans kinesiske motpart Zhang Zhijun, i Shanghai i forrige uke.
Under konflikten i høst har det i begge land kommet nasjonalistiske følelser til uttrykk.
I Kina har det regjerende kommunistpartiet tillatt omfattende demonstrasjoner mot Japan som dels har ført til voldsomheter.