En högt uppsatt kinesisk tjänsteman vid utrikesministeriet uppges ha sagt att de zambiska myndigheterna har misslyckats med att lägga fram starka bevis.
De som arresteras anklagas bland annat för att driva olicensierade smältverk och anställa barn.
Kina har investerat kraftigt i zambisk kopparbrytning och andra sektorer.
Landet är också hem för en växande kinesisk gemenskap.
Gripningarna inträffade i en gemensam polis - och invandringsoperation i staden Chingola, 400 kilometer norr om huvudstaden, Lusaka.
"Vi är här för att sätta stopp för denna brottslighet. Utländska investerare som kommer in i detta land måste arbeta inom lagens ramar. De som bryter mot lagen kommer att spolas ut, "inrikesminister Stephen Kampyongo citerades som säger i Times of Zambia.
Lin Songtian, det kinesiska utrikesministeriets generaldirektör för afrikanska frågor, sade att även om han stöder åtgärder för att hantera olaglig gruvdrift, i detta fall bevis hade inte lämnats, Reuters nyhetsbyrå rapporterar.
Han klagade också över att bland dem som arresterades var en gravid kvinna och två andra med malaria.
Det har funnits en viss spänning mellan kineserna och zambierna i det förflutna.
År 2010 anklagades två kinesiska chefer för mordförsök efter att ha skjutit gruvarbetare under en lönetvist. Anklagelserna lades ner senare.
Två år senare dödade zambiska gruvarbetare en kinesisk chef under ett upplopp i en kolgruva.
Kina har klagat till Zambia efter att 31 av landets medborgare arresterades i helgen för påstådd olaglig gruvdrift.