Deras offer kidnappades från en bar som kallas Himmelen inte långt från stadens största aveny, Paseo de la Reforma.
Deras kroppar hittades tre månader senare i en massgrav utanför staden, efter det att familjemedlemmar organiserade stora gatuprotester.
Åklagarna säger att de fortfarande förhör dussintals andra misstänkta.
De tre män som dömdes bötfälldes också mer än 300.000 kronor var.
Enligt utredningen var brottet en repressali för mordet på en knarklangare som inträffade några dagar tidigare i en annan bar i Mexico City.
Sju unga män och fem kvinnor mellan 16 och 34 år rapporterades saknas dagarna efter att gruppen gick till baren i maj 2013.
Övervakningsfilmen visade att några av dem leddes till bilar utanför efterlysningsbaren.
Det fanns inga tydliga tecken på våld på övervakningsfilmen. Männen som förde bort dem var inte maskerade och verkade inte bära vapen.
Det fanns inga spår av de saknade människorna förrän deras kroppar upptäcktes i en grav täckt av kalk, cement och asbest i utkanten av Mexico City.
Alla kom från Tepito i Mexico City.
Fallet hade förfärat folket i Mexico City, som då hade visat sig vara mindre utsatt för det overt narkotikavåld som drabbade andra delar av landet.
En domare i Mexico City har dömt tre män till 520 års fängelse var för sin roll i kidnappningen och mordet på 13 ungdomar för två år sedan.