Flickan hittades av en förbipasserande vid halv sex på måndagsmorgonen. I samband med misshandeln ska hon även ha blivit rånad.
Tre jämnåriga flickor misstänks för brottet. Polisen lyckades spåra flickorna till ett pendeltåg i Solna, som stoppades, där de kunde gripas. De är på måndagsförmiddagen fortsatt frihetsberövade.
Den misshandlade tonårsflickan fördes till sjukhus, skadeläget är inte meddelat.
Åklagare har tagit över utredningen som rubriceras som grov misshandel, grov stöld och olaga tvång.