De ryska agenterna gjorde motstånd när de skulle gripas och sköts därför, uppger SBU.
SBU meddelade tidigare att en man och en kvinna misstänks för inblandning i mordet på översten. Mordet fångades av övervakningskameror.
SBU-översten Ivan Voronytj var involverad i Ukrainas operation i ryska Kursk, och ska ha hjälpt till att organisera blixtanfallet in i den ryska regionen i fjol, enligt ukrainska medier.