Enligt uppgifter från AFP, som hänvisar till regeringskällor, dödades sex personer ur de libyska säkerhetsstyrkorna dödades med rena "avrättningsmetoder".
Det skedde efter att beväpnade demonstranter, som krävt hårdare tag mot extremister, drabbat samman med milisgrupperna.
Demonstranterna attackerade Raf Allah al-Shati-brigadens högkvarter 15 kilometer från centrala Benghazi. Brigaden är en islamistgrupp bestående av ex-rebeller underställd försvarsdepartementet.
De två sidorna använde handeldvapen och granater under de två timmar striderna pågick och brigaden beslöt lämna högkvarteret, uppger AFP:s journalist.
Angriparna attackerade därefter en militärinstallation, tog vapen, ammunition och datorutrustning.
Tidigare hade flera hundra demonstranter stormat islamistmilisen Ansar al-Sharias högkvarter i Benghazi och tvingat den på flykt innan de satte eld på förläggningen.
Ansar al-Sharia har anklagats för att ha varit inblandad i attacken den 11 september mot amerikanska konsulatet i Benghazi där fyra amerikaner dödades, bland dem USA:s ambassadör.
Aktionen mot gruppen verkar ha varit del i en samordnad räd med polis, regeringssoldater och aktivister.
-Efter vad som hänt vid det amerikanska konsulatet har folk i Benghazi fått nog av extremism, sade demonstranten Hassan Ahmed.
Tidigare på dagen hade omkring 30 000 demonstranter samlats i Benghazi för att uttrycka sitt stöd för demokratin. De krävde att myndigheterna upplöser milisgrupperna som har vägrat att lägga ned vapen efter Muammar Gaddafis fall.
Folkmassan dränkte den mindre, rivaliserande protest som hölls av extrema salafister på samma torg i staden.
Vita huset beskrev tidigare angreppet mot det amerikanska konsulatet i Benghazi som en terrorattack med eventuell koppling till al-Qaida. Attacken var startpunkten på den våg av vrede som dragit genom den muslimska världen i protest mot USA och den islamfientliga nidfilm som producerats där.
Islamistmilisen Ansar al-Sharia säger i ett uttalande att man medvetet evakuerade sitt högkvarter i Benghazi i går kväll av säkerhetsskäl.
-Befälhavaren gav order till våra medlemmar om att evakuera lokalerna och lämna över dem till Benghazis folk. . . Vi respekterar Benghazis folks åsikter och för att bevara säkerheten i staden utrymde vi lokalerna, sade talesman Yousef al-Jehani enligt Reuters.
I tidigare rapporter har det hetat att Ansar al-Shariamilisen drevs på flykt från sin förläggning.