Han bar också en svastika, enligt polisen.
Skjutningarna ägde rum på en offentlig och en privat skola som ligger på samma gata i staden Aracruz. Två lärare och en elev dödades.
16-åringen är en tidigare elev på en av skolorna, och försökte fly men kunde gripas av polis fyra timmar senare.
Enligt polisen var han beväpnad med ett halvautomatiskt vapen och en revolver.
Den 16-åriga pojken förvaras i en inrättning för minderåriga kriminella.