Enligt ett uttalande från militären gick 4200 soldater – med stöd av bepansrade fordon, flyg och 70 poliser – in i favelorna Alemao, Penha och Mare. Soldaterna röjde bort vägspärrar som gängen satt upp och delade ut flygblad. Man kontrollerade också fordon och invånare i ett försök att störa narkotika- och människohandeln.
Militärledningen meddelar att fem gängmedlemmar miste livet i de eldstrider som bröt ut under gryningsräderna i de tre kåkstäderna. Tidigare uppgavs felaktigt åtta ha dödats.
Enligt polisen beslagtogs 430 kilo narkotika i Mare, vilket är ovanligt mycket vid en sådan här insats.
Över en halv miljon människor bor i de berörda favelorna.
"Insatsen pågår och det kan bli fler dödsfall", säger armén i ett mejl till nyhetsbyrån Reuters.
I en separat händelse dödades sex beväpnade gängmedlemmar vid en polisjakt i förorten Niteroi. När polisen hann i fatt bröt en eldstrid ut. Tre överlevande gärningsmän greps, och i deras två bilar hittades skjutvapen och granater. En buss som hamnade i skottlinjen träffades av flera kulor, men ingen passagerare skadades allvarligt.
Brasiliens militär ansvarar sedan ett halvår för säkerheten i Rio de Janeiro. Våldsbrottsligheten har eskalerat och polisen anses inte kunna bekämpa de välbeväpnade knarkgängen på egen hand.