Flickan attackerades i en park i Courbevoie lördags kväll. Tre pojkar, varav en tolv och två 13 år gamla, drog in henne i ett skjul och misshandlade henne. Därefter våldtog de flickan under grymma former. Enligt polis yttrade pojkarna dödshot och antisemitiska skällsord under gärningen.
I måndags greps de tre förövarna. Bägge tonåringarna häktades och frihetsberövades på tisdagskvällen. Den tredje pojken, som inte misstänks ha deltagit i själva våldtäkten, släpptes på fri fot.
Den brutala våldtäkten har chockat Frankrikes judiska befolkning. Sedan kriget i Gaza bröt ut i oktober har Frankrike sett en trefaldig ökning av antisemitiska incidenter, enligt officiella siffror.
President Emmanuel Macron uppges i ett ministermöte ha uppmanat till ökad dialog om rasism och hat mot judar i franska skolor till följd av våldtäkten, enligt källor till AFP.
Courbevoies borgmästare har fördömt dådet i starka ordalag och uppmanat till att förövarna ska ställas "inför lagens fulla kraft", oavsett deras ålder.
Våldtäkten har även spätt på spänningarna inför landets stundande nyval. Valet, vars första omgång hålls den 30 juni, bedöms kunna sluta i att högerextrema Nationell samling (RN) för första gången kommer till makten.