Napad se desio u srijedu rano ujutro u pokrajini Narathiwat, u blizini granice s Malezijom, prenosi BBC.
Nije javljeno o žrtvama među vojnicima tokom napada, za koji tajlandska vojska tvrdi da je u njemu učestvovalo na desetine militanata.
Tri tajlandske najjužnije pokrajine zahvaćene su nemirima posljednjih godina.
Više od 5.000 osoba je ubijeno otkako je 2004. godine ponovo pokrenuta decenijama stara separatistička kampanja u toj regiji s muslimanskom većinom.
Separatisti izvode redovne napade, obično podmećući bombe kraj puta i pucajući iz vozila u pokretu.
"Koliko znamo, najmanje 60 naoružanih militanata otvorilo je vatru na bazu marinaca u mjestu Bacho jutros oko 1:30 sati, i 17 ih je ubijeno", izjavio je Reutersu general pukovnik Paradorn Pattanathabutr, generalni tajnik Vijeća za nacionalnu sigurnost Tajlanda.
"Mještani su dojavili vojnicima u bazi da militanti pripremaju napad", izjavio je drugi vojni zvaničnik.
Tri južne pokrajine Pattani, Yala i Narathiwat pripojene su prije jednog stoljeća Sijamu, kako se Tajland tada nazivao. Većina njihovih stanovnika su muslimani, za razliku od većinskog budističkog stanovništva u Tajlandu.
Tajlandska vlada razmjestila je desetine hiljada vojnika i policajaca u regiju, ali nije bila u stanju da suzbije nasilje.
U nedjelju su militanti ubili pet vojnika u bombaškom napadu u susjednoj pokrajini Yala.