Вариантов у Р-5 было немного. К боевым относился штурмовик Р-5Ш (265 экземпляров), вооруженный дополнительно четырьмя пулеметами ПВ, которые были попарно установлены в обтекателе на нижнем крыле, поплавковый Р-5а (111 экземпляров) и торпедоносец Р-5Т (50 экземпляров). В 1932-м начали выпуск гражданской версии без вооружения П-5, которая шла в Гражданский воздушный флот. В 1940-м в строю находилось больше тысячи таких самолетов. П-5 чаще всего служили курьерскими самолетами для доставки срочных грузов массой до 400 килограммов. Например, летчик М.В. Водопьянов возил на П-5 из Москвы в Ленинград матрицы свежего номера газеты «Правда».
Громко прозвучало название Р-5 и в 1934 году, когда весь СССР с замиранием сердца следил за полярной эпопеей парохода «Челюскин». Большую часть людей с раздавленного льдами судна – 83 человека – вывезли именно пилоты Р-5 – М.В. Водопьянов, Н.П. Каманин и В.С. Молоков, причем Молоков предложил вывозить одновременно по шесть человек в фанерных ящиках, подвешенных к крыльям. Летчики стали одними из первых Героев Советского Союза.
В целом Р-5 оставил по себе добрую память у пилотов, пользовался их любовью за высокие качества и простоту в управлении, отличался большой надежностью и неприхотливостью. Вместе с тем век Р-5 в качестве фаворита советских ВВС оказался весьма кратким. Последним годом его серийного выпуска оказался 1935-й, когда произвели 450 машин. Из армии разведчики передавали летным школам и Осоавиахиму. Однако у Р-5 имелось сразу два «продолжения» – самолеты Р-5ССС и Р-Z. Первый в 1935–1937 годах построили в количестве 620 штук. ССС было легко отличить благодаря современным обтекателям на стойках, шасси и капоту двигателя. Что касается Р-Z, то это фактически было следующее поколение Р-5, пик выпуска которого пришелся на 1936 год. Всего собрали 1031 такой самолет. Р-Z отличался укороченным фюзеляжем другого сечения, иной формой хвостового оперения, мощным двигателем М-34, который развивал 750 лошадиных сил; соответственно, скорость выросла до 316 километров в час. Существовала также грузопассажирская версия П-Z, таких самолетов построили около двухсот, но они оказались менее надежными, чем аналоги, и к 1938 году почти все были списаны. Р-Z был последним серийным советским разведчиком-полуторапланом, все дальнейшие разработки в этом классе самолетов выполнялись уже по монопланной схеме.
На начало Великой Отечественной войны в авиационных частях РККА имелся 151 самолет Р-5 и 104 Р-5ССС. Некоторые из этих машин погибли в первые же дни под ударами вражеской авиации, другие использовались летом 1941-го как легкие бомбардировщики и разведчики, неся при этом значительные потери. Через три месяца после начала войны, 22 августа, на фронте насчитывалось 56 машин Р-5, а самолеты версии ССС уже не встречались.