Kvinnan, i 30-årsåldern, och barnet bortfördes två män i Redcar, Teesside, vid lunchtid på fredag.
De fördes ungefär fyra kilometer till Longbeck Lane, nära Yearby, där kvinnan blev våldtagen. De var gjorda för att kliva ur bilen sex timmar senare i ett annat område av Redcar.
Polisen utreder om angriparna kände offret.
Temporära Det Ch Insp Matt Murphy-King sade att det hade varit en "mycket traumatisk pärs för offret och hennes barn".
"Även om vi undersöker att angriparna kan ha känt offret, som en försiktighetsåtgärd skulle jag uppmuntra alla i det lokala området att vara extra vaksam", sade han.
"Det finns ett team av detektiver som arbetar med utredningen och vi har ökat patrullerna i området."
Cleveland Polisen vill tala med alla som såg en kvinna med ett barn och "i ett oroligt tillstånd" kör över vägen mot ett skogsområde nära Kirkleatham Lane, där hon klev ur bilen.
Kraften är också tilltalande för information om de två männen i en mörkfärgad saloon.
Föraren, som var i 20 - eller 30 - årsåldern, var vit, med kort, brunt hår och en stor byggnad, sade polisen. Han hade ordet "kärlek" tatuerad över knogarna.
Den andre mannen var vit, i början av 20-talet, av kortare längd och medelstor uppbyggnad, med brunt hår.
En kvinna våldtogs mitt på dagen efter att ha tvingats in i en bil med sitt barn när de gick vid havet.