En av de gripna uppges vara den tidigare presidentkandidaten Delfim Neves.
Premiärminister Patrice Trovoada säger att myndigheterna tror att männen var på jakt efter vapen när de gick in i militärbaracker och förde bort en gisslan. Gisslan frigavs senare. Man utreder även om männen fick något stöd från militären, säger Trovoada.
– Det är inte ett väpnat rån, det är inte stöld. Det är en attack med krigsvapen mot landets väpnade styrkor, säger premiärministern.
Landet höll parlamentsval i september då Trovoadas parti ADI vann. Trovoada svors in som premiärminister tidigare i november.
Neves, från partiet PCD, har kandiderat till presidentposten två gånger – senast i fjol. Han har bestridit valresultatet från 2021.
São Tomé och Príncipe är Afrikas näst minsta land. Enligt Världsbanken bor cirka 225 000 personer i den tidigare portugisiska kolonin.