En polis och en kvinna som bor i området finns bland de döda. Övriga 16 tros vara gängmedlemmar, säger en talesperson för polisen på en pressträff.
Omkring 400 poliser deltog i den omfattande insatsen i en stadsdel med flera favelas i norra Rio. De hade stöd av tio skottsäkra fordon och fyra helikoptrar.
Rogerio Lobasso, det befäl som ledde insatsen, beklagar att en utomstående kvinna i 50-årsåldern dödats och enligt honom ska det utredas.
Protester mot polisens våld bröt ut i området efteråt.
Räder i stadens kåkstäder är vanliga. I maj dödades 22 personer, varav en förbipasserande kvinna, när polisen slog till mot kriminella i en favela. Förra året dödades 28 personer i en annan insats, som är den blodigaste hittills.