Den japanske kvinnen skal ha blitt utsatt for gjentatte overgrep siden 23.november i fjor.
Pallav Kanti Ghosh i Calcutta-politiet, sier til BBC at to av mennene, som skal være brødre, kontaktet den 23 år gamle kvinnen under dekke av å være turistguider da hun sjekket inn på et hotell i byens turistområde.
Snakket japansk
En av de to skal ha snakket japansk flytende, og tilbudt 23-åringen å ta henne med på sightseeing.
Kvinnen skal ifølge politiet først ha blitt voldtatt og ranet ved et feriested ved kysten, før hun ble overlevert til andre gjengmedlemmer nær et buddhistisk hellig sted som er mål for mange pilgrimer og turister.
– Overgrepene fortsatte deretter i flere uker, sier Ghosh.
Først 26.desember klarte kvinnen å komme i kontakt med det japanske konsultatet, etter at overgriperne satte henne på en buss i retning Varanasi, og kvinnen fikk kontakt med vennene sine, ifølge indiske medier.
Mistenker organisert virksomhet
Politiet mistenker at en organisert gjeng målrettet har oppsøkt kvinnelige turister.
Fem menn er til nå pågrepet, men politiet leter fortsatt etter flere mistenkte.
Flere kvinnelige turister har tidligere blitt utsatt for gjengvoldtekter i India. En dansk kvinne ble angrepet for et knapt år siden da hun gikk seg bort etter et museumsbesøk, og en sveitsisk kvinne ble utsatt for gjengvoldtekt da hun og mannen hennes var på sykkeltur i landet i mars 2013.
Den brutale gruppevoldtekten av en annen 23-åring, en indisk kvinne på en buss i New Dehli i desember 2012, utløste masseprotester og krav om dødsstraff i India. Kvinnen døde på sykehus etter de bestialske overgrepene.
Stadig flere voldtektssaker blir anmeldt i India, og lovgivningen har blitt strengere, uten at dette foreløpig har hatt noen dokumentert virkning, ifølge BBC.
