Det var Machados första offentliga framträdande på flera månader, sedan hon i augusti gick under jord på grund av risken för att gripas.
Kort efter hennes anförande till demonstranterna uppgav hennes säkerhetspersonal att hon frihetsberövats.
Uppgifter om skottlossning
På sociala medier uppger personalen att ett våldsamt ingripande gjordes mot henne när hon lämnade demonstrationen och att skott avlossades mot konvojen hon färdades i.
Några timmar efter frihetsberövandet uppger hennes stab att hon släppts, efter att ha tvingats spela in flera filmklipp.
”Venezuela står enat”
Machado kallade till protesten inför det att Maduro under fredagen ska installeras för ett tredje sexårsmandat, fastän valet i juli var omtvistat.
– De ville att vi skulle slåss mot varandra, men Venezuela står enat! ropade Machado från en lastbil på gatorna i huvudstaden under torsdagen.
Den 57-åriga politikern uppmanade anhängare att komma ”i miljontals” för att pressa Maduro att lämna över makten till Edmundo González Urrutia, den oppositionella kandidaten i exil som flera internationella bedömare ser som den rättmätige valvinnaren.
Machado själv fick sin presidentkandidatur blockerad av Maduro-lojala institutioner 2023.