Selvmordsbomberne var utstyrt med sprengstoffvester og oppsøkte kontoret til den lokale politibataljonsjefen i Mosul, oberstløytnant Shamil Ahmed.
Både Ahmed og åtte andre politifolk ble drept i angrepet, melder det irakiske nyhetsbyrået Aswat al-Iraq.
En tredje selvmordsbomber ble skutt og drept da han forsøkte å ta seg inn i bygningen, opplyser politikilder.
Tirsdag ble fem irakiske politifolk drept og tre såret i et bilbombeangrep i Mosul.
Al-Qaida står fortsatt sterkt i Mosul, som ligger rundt 400 kilometer nord for Bagdad og er kjent for å ha store etniske, religiøse og politiske spenninger.