En av dem, Luigi Bergamin, tros vara hjärnan bakom mordet på en fängelsevakt 1978, och var också inblandad i mordet på en polis. Den andre, Raffaele Ventura, är eftersökt av Italien för mordet på en polis.
I onsdags greps sju tidigare militanta vänsterextremister som dömts för terrorrelaterade brott i Italien. En person eftersöks fortfarande.
De sammanlagt nio gripna frigavs senare under torsdagen i väntan på beslut om huruvida de ska utlämnas eller inte. De förbjuds att lämna Frankrike under tiden och måste regelbundet anmäla sig till franska myndigheter.
Gripandena skedde på order av president Emmanuel Macron, som vill sätta punkt för en långdragen källa till spänningar mellan Frankrike och Italien.
Italien har länge försökt få en rad tidigare militanta vänsterextremister utlämnade från Frankrike, där de tilläts bosätta sig förutsatt att de tog avstånd från våld efter de så kallade anni di piombo (blyåren) 1968–1982.
Tidsperioden kännetecknades av våldsamma politiska aktioner och en rad terrordåd från rivaliserande extremistgrupper på vänster- och högerkanterna i Italien.