Na uzbrojenie lotnictwa radzieckiego samoloty R-5 weszły od czerwca 1930 roku, pozostając po zakończeniu badań wojskowych w 20 Eskadrze w Charkowie. W miarę rozwijania się produkcji wchodziły na wyposażenie dalszych eskadr rozpoznawczych i lekkich bombowych i w styczniu 1932 roku było 281 samolotów w linii. Etat eskadry przewidywał 19 samolotów, od 1932 roku 28, a od kolejnego roku 31 (trzy oddziały po 10 samolotów). Zaletą samolotu było to, że był prosty i tani w konstrukcji. Wymagał jednak dłuższych lotnisk, niż poprzednik R-1. W 1933 roku w jednostkach bojowych było już 732 R-5 i stał się on wkrótce najliczniejszym samolotem bojowym radzieckiego lotnictwa wojskowego. W samej defiladzie w Moskwie 1 maja 1933 wzięło udział 169 R-5. R-5 były w latach trzydziestych i na początku czterdziestych podstawowym samolotem wielozadaniowym radzieckiego lotnictwa wojskowego.

Najgłośniejszą jednak akcją tych samolotów przed II wojną światową była akcja ratunkowa załogi lodołamacza Czeluskina w kwietniu 1934 roku, gdy załogi czterech samolotów R-5 lądując na prowizorycznym wykonanym na dryfujących krach lądowisku, w czasie 21 lotów wywiozły 80 członków załogi lodołamacza.