Det angivelige overgrepet skal ha skjedd på Jaffna-halvøya nord i landet før helgen.
Den 11 år gamle tamilske jenta skal ha forklart at flere personer fra en marinebase i området overfalt og voldtok henne.
– Offeret ble voldtatt gjentatte ganger av mer enn én mann, sier polititalsmann Ajith Rohana til nyhetsbyrået AFP.
Løslatt
I løpet av helgen ble sju marinegaster pågrepet av politiet, men disse måtte løslates mot kausjon mandag fordi jenta ikke lykkes i å identifisere den eller de som stod for overgrepet.
Selv om mennene er løslatt, pågår etterforskningen for fullt, opplyser politiet.
Samtidig som etterforskningen av denne saken ble innledet, har en 10 år gammel jente stått fram med en tilsvarende historie som skal ha skjedd noen måneder tilbake, forteller Rohanne.
En talsmann for marinen, Kosala Wanrnakulasuriya, sier de vil gjennomføre en intern gransking parallelt med at de bistår politiet
Få domfellelser
Menneskerettighetsgruppen Asia human rights control sier det er grunn til å tro at familiene til de to jentene har, eller vil bli utsatt for press fra militæroffiserer i regionen.
Selv om Sri Lanka har strenge lover som beskytter kvinner og har, har det vært få domfellelser for seksualforbrytelser fordi ofrene ikke tør å forklare seg for politiet eller er utsatt for trusler.
Regjeringsstyrkene har en sterk tilstedeværelse nord i landet hvor separatistgruppen Tamiltigrene ble nedkjempet i 2009 etter flere tiår med borgerkrig.
– Kvinner tør ikke gå ut
Opposisjonspartiet Den tamilske nasjonalalliansen (TNA) mener de mulige overgrepene viser at sikkerhetsstyrkene stasjonert i området ikke gjør noe for å beskytte innbyggerne.,
– På grunn av denne hendelsen er unge kvinner redde for å forlate hjemmene sine. Dette viser at de ikke får beskyttelse av soldatene, sier Suresh Premachandran i TNA til Reuters.
Både tamiler og verdenssamfunnet har forsøkt å overbevise president Mahinda Rajapaksa om å redusere den militære tilstedeværelsen nord i landet.
Regjeringen sier risikoen for at opprørerne vil mobilisere igjen, gjør at det fortsatt er nødvendig med militær kontroll i området.
