En domare beviljade dem 12 timmar extra för att väcka åtal, och de har nu fram till onsdag kväll lokal tid.
Korrespondenterna säger att polisen har satts på defensiven av frågor om deras hantering av fallet.
Alla tre kvinnorna sägs vara vid god hälsa efter sin dramatiska räddning på måndagskvällen.
Amanda Berry, som försvann 2003 när hon var 16 år, rymde med hjälp av en granne medan hennes påstådda kidnappare var borta.
Gina DeJesus, som försvann 14 år senare, och Michelle Knight, som försvann 2002 omkring 19 år, räddades också från fastigheten.
En busschaufför i skolan, Ariel Castro, och hans två bröder - Pedro, 54 och Onil, 50 - har arresterats.
Från Jonny DymondBBC News i Cleveland
Det är svårt att tro att Seymour Avenue skulle kunna vara hem för ett sådant brott: en lugn trädkantad gata med hus omkullslagna och ibland bordade, en röd-brick kyrka och trafik surrande fram och tillbaka i båda ändarna.
Men det är invånarna och grannarna som är mest förvånade. Aurora Marti, 75, har bott mittemot 2207 Seymour Avenue i 27 år. Ariel Castro brukade komma och sitta på verandan och prata med henne. Han tog med hennes barnbarn ut på cykelturer i en park i närheten.
När det närbelägna området grävdes upp i sökandet efter Amanda Berrys kvarlevor, talade han med henne om det. Medan han påstås ha hållit Amanda och två andra kvinnor tvärs över vägen.
Ariel Castro uppges ha flytt från grannskapet efter att grannarna sparkat in dörren till hans hus för att hjälpa kvinnorna att fly.
Han greps på en närliggande McDonalds restaurang, enligt lokala medier.
Det är oklart när Castros bröder fängslades.
Kvinnornas återuppträdande förvånade invånare i det grannskap där de hade hållits, men en del har hävdat att polisen inte agerade på deras dricks.
Polisen har bekräftat att en sexårig flicka, Jocelyn, som upptäcktes tillsammans med kvinnorna, är Amanda Berrys dotter.
Polisen säger att de planerar att genomföra fördjupade intervjuer med de misstänkta på onsdag, och åtal förväntas ha väckts den kvällen - 48 timmar efter det att männen arresterades.
"Det här är bara toppen av isberget. Denna utredning kommer att ta mycket lång tid," Cleveland polisen taleskvinna Jennifer Ciaccia berättade CNN.
Polisen gör en tum för tum inspektion av huset på 2207 Seymour Ave och säger att de också söker andra egenskaper.
Måndagens räddning utspelade sig med ett frenetiskt samtal till räddningstjänsten av Berry, nu 27.
Hon rymde med hjälp av en granne som hörde henne skrika medan hennes påstådda fångvaktare var ute ur huset.
Räddare Charles Ramsey sa att han hade hjälpt till att sparka in en metalldörr så att ms Berry kunde klättra ut, med sin dotter, och telefon polisen.
I en inspelning av måndagens nödsamtal säger hon: " Jag har blivit kidnappad, och jag har varit försvunnen i tio år. Och jag är här. Jag är fri nu."
Hon bad om att polisen skulle komma snart, "innan han kommer tillbaka".
Polisen kom sedan för att hitta de två andra kidnappade.
Kvinnorna fördes till sjukhus och återförenades med sina familjer.
Läkarna sade att de verkade vara vid god hälsa och att de var utskrivna från sjukhuset.
Jocelyn log och åt isbollar, sade polisen, och tillade att hon i smyg hade fått hemundervisning av sin mor i huset.
FBI Special Agent Stephen Anthony sade på tisdagen: " Mardrömmen är över. Dessa tre unga damer har gett oss den ultimata definitionen av överlevnad och uthållighet. Helandet kan nu börja."
Jaycee Dugard, som var 11 år när hon kidnappades i South Lake Tahoe i Kalifornien och hölls fången i 18 år innan hon räddades 2009, släppte ett uttalande där hon sade: " Så enkelt som det låter, dessa kvinnor behöver möjlighet att ha avskildhet för att läka och återförenas.
"Jag vet att individer är starka i anden och kan vara motståndskraftiga i kris. Jag önskar dem lycka till på deras resa."
Uppseendeväckande detaljer om de nära kopplingarna mellan de påstådda kidnapparna och familjerna till de bortförda har dykt upp.
Tito DeJesus, en farbror till Georgina (eller Gina) DeJesus, spelade i band med Ariel Castro och hade även besökt huset medan kvinnorna hölls där.
Ariel Castros son, Anthony, skrev en artikel om Gina DeJesus försvinnande för sin lokala tidning 2004.
Han har citerats som säger att det var "onämnligt" att upptäcka de misstänkta gärningsmännen var i familjen.
Grannar berättade för nyhetsorganisationer att de hade ringt flera gånger till polisen angående misstänkt aktivitet i huset, däribland iakttagelser av kvinnor som ropade på hjälp.
En annan granne påstod sig ha varnat polisen för ljudet av bultande på dörrarna.
Under tiden sågs Ariel Castro ta en liten flicka för tidig morgon promenader.
I ett uttalande, Cleveland polisen insisterade på att de inte hade varnats för rapporter även från grannar om iakttagelser av "nakna kvinnor och kvinnor i kedjor" på egendomen.
"Efter omfattande forskning kring vårt larmsystem visas bara två samtal från polisen på den adressen.
"Ett samtal kom från invånaren, Ariel Castro, som rapporterade ett slagsmål på gatan. Det andra samtalet gällde en incident som gällde Ariel Castro och hans uppgifter som busschaufför. Polisen undersökte möjligheten att Castro hade lämnat ett barn obevakat på en skolbuss.
– Utredningen omfattade en intervju med Castro, men officerare kom inte in i hemmet. Inga åtal väcktes i den händelsen."
Men en invånare, Lupe Collins, som beskrevs som nära släktingar till kvinnorna, sade att polisen hade svikit offren.
"Alla i grannskapet gjorde vad de var tvungna att göra. Polisen gjorde inte sitt jobb."
Cleveland polisen blev hårt kritiserad 2009 efter officerare upptäckte ett hem i ett fattigt distrikt där Anthony Sowell hade dödat 11 kvinnor.
Offrets familjer hävdar att polisen inte tog grannarnas rapporterade misstankar på tillräckligt stort allvar.
Polisen utreder bortförandet av tre kvinnor i ett decennium i Cleveland, Ohio, kommer att intervjua tre misstänkta män.