Разработка нового самолета-разведчика началась в 1927 году в ОКБ Н.Н. Поликарпова и первый опытный самолет был готов уже к январю 1929 года.
Это был классический двухместный полутораплан с двигателем М-17Б мощностью 680 л.с. Он был вооружен тремя пулеметами калибра 7,62 мм и имел бомбовую нагрузку до 500 кг. Заводские испытания самолета провел летчик-испытатель Михаил Громов, а затем испытательные полеты продолжил пилот Н. Лиховицкий. По общему мнению испытателей, самолет получился простым в управлении, устойчивым и очень летучим. На нем легко можно было осуществлять фигуры высшего пилотажа, а главное, при нагрузке 850 кг он мог взлететь всего лишь после 100 метрового разбега.
В 30-е годы Р-5 по праву стал самым эффективным и популярным нашим самолетом. В различных модификациях он использовался как самолет-разведчик, штурмовик, легкий бомбардировщик, торпедоносец, а также как пассажирский самолет и самолет связи в гражданской авиации.
В 1931 г. Р-5 представлял Страну Советов на конкурсе самолётов-разведчиков в Тегеране и обошёл западных конкурентов. Он стал первым советским самолетом, проданным за границу. До 1935 года в Иран было поставлено порядка 10 машин. Кроме того, Р-5 поставлялись в Монголию и республиканскую Испанию.
Весной 1934 года эти самолеты прославились своим участием в спасении экипажа и пассажиров парохода «Челюскин», затонувшего в Чукотском море. Летчикам приходилось с риском для жизни садиться прямо на дрейфующие льдины. Операция завершилась успешно, челюскинцы были спасены, а летчики Молоков. Каманин и Водопьянов в числе первых были удостоены звания Героев Советского Союза.
В тридцатых годах самолет участвовал в боевых действиях в Китае, в Испании, на озере Хасан и реке Халхин-Гол, в Зимней войне в Финляндии. Опыт боевых действий заставил переквалифицировать самолет в ночной бомбардировщик и применять его в ночное время суток, когда эффективность зенитного огня снижалась.
Самолеты Р-5 различных модификаций серийно строились с 1931 по 1937 год. Всего выпущено 6268 самолетов.
К началу Великой Отечественной войны самолет считался морально устаревшим, но несмотря на это из самолетов Р-5 было сформировано 32 авиаполка, которые принимали деятельное участие в боях. Например, пилоты 606-го авиаполка, в котором состояло 20 самолетов Р-5, за один месяц боев под Москвой уничтожили 38 танков, 90 автомашин, 6 железнодорожных составов, 4 моста, разгромили штаб корпуса.
К началу лета 1942 года на фронте было 183 Р-5. Причем, в течение всего лета, несмотря на боевые потери, их количество держалось в пределах 200 единиц. Они как правило «работали» по ночам, выполняя всевозможные задачи по снабжению и обеспечению войск. И лишь в середине 1943-го участие Р-5 в боевых действиях постепенно снижается. Несколько десятков машин начинают специализироваться на вспомогательных задачах, таких как выброска в тыл парашютистов, полеты к партизанам, выполнение особых поручений.
Зимой и весной 1944 года Р-5 участвовали в операции «Звездочка». Эта операция была разработана для спасения детей из Полоцкого детского дома №1, которых нацисты собирались использовать как доноров. 154 воспитанника детского дома и 38 воспитателей были сначала переправлены в партизанский отряд, а затем эвакуированы за линию фронта.
Последний полет по эвакуации детей в ночь с 10 на 11 апреля 1944 года осуществлял гвардии лейтенант Александр Мамкин на самолете Р-5, в который поместилось десять детей, их воспитательница и двое раненых партизан в специальных капсулах-люльках под крыльями. При подлете к линии фронта самолет был подбит и загорелся, пилот был ранен в руку, но продолжал вести самолет. Огонь добрался до кабины пилота. На летчике плавились очки, прикипая к коже, горела одежда, ноги обгорели до костей, но он, превозмогая боль, буквально каким-то чудом нашел площадку неподалеку от советских частей и посадил самолет. Александр Мамкин смог выбраться из самолета сам и, теряя сознание, крикнул: «Бегите от самолета!». Все пассажиры были спасены, а летчик скончался в госпитале от тяжелых ранений. Подвиг Александра Мамкина, совершенный на самолете Р-5, остался беспримерным в истории.
Самолет Р-5 занял достойное место в ряду советских машин. В гражданской авиации он эксплуатировался до 1948 года.