Было построено несколько экземпляров АРК-5, отличавшихся от рассмотренных некоторыми изменениями в форме кабины.

В документах, датируемых маем 1932 г., упомянута переделка Р-5 для перевозки пяти пассажиров.

В 1934 г. А. Н. Рафаэлянц, проанализировав этот опыт, также увеличил немного по ширине фюзеляж Р-5 и разместил пассажирские сиденья два в ряд (высота это позволяла). Коробка крыльев оставалась без изменения. Небольшие переделки были внесены в конструкцию оперения. Фюзеляж стал монококовой конструкции. Дверь в левом борту вела в пассажирский салон на четыре человека, сиденья размещались справа и слева от двери. В бортах фюзеляжа прорезаны окна прямоугольной формы.

Предполагалось использовать самолет для полетов в Арктике, поэтому пассажирская кабина утеплялась и отапливалась теплым воздухом от двигателя. За кабиной летчика, закрывающейся сдвигаемой крышкой фонаря, для улучшения обтекания устанавливался заголовник.

В ноябре 1934 г. машина, получившая обозначение ПР-5, была построена. 18 ноября состоялся ее первый полет. В результате испытаний была достигнута скорость 245 км/ч. В феврале 1935 г. ПР-5 участвовал в перелете Москва-Диксон.

Было принято решение строить самолет (точнее, делать для него новые фюзеляжи и осуществлять сборку) в авиаремонтных мастерских в подмосковном Быково.

Серийные ПР-5 немного отличались от опытного. Для улучшения центровки кабина пилота была передвинута вперед на 350 мм, а для улучшения обзора — к левому борту. Справа и ниже находилось сиденье бортмеханика. Были установлены обтекатели на колесах, зализы на стойках, новое бортовое оборудование. Первый серийный ПР-5 был построен в июле 1936 г. Машины этого типа (около 200 экземпляров) эксплуатировались на линиях страны в довоенное время.

На некоторых самолетах верхнее крыло сдвинули вперед на 100 мм и ввели с учетом опыта эксплуатации некоторые улучшения конструкции. Такие самолеты имели обозначение ПР-5бис.

В 1938 г. А. Н. Рафаэлянц вместо бипланной коробки установил на ПР-5 монопланное крыло собственной конструкции, обшитое полотном. Машина, обозначавшаяся как ПР-12, прошла испытания, затем эксплуатировалась на линии Москва-Харьков, но в серии ее не строили.

Мастерские в Быково (завод № 402) кроме постройки ПР-5 занимались еще капитальным ремонтом Р-5 (П-5) и двигателей к ним вплоть до 1945 г.

Первое боевое применение Р-5 относится к 1933 г.

Несколько десятков Р-5 были поставлены в Китай правительству провинции Синьцзян. Самолеты доставлялись в ящиках на пограничную станцию Аягуз, собирались там, после чего следовал перелет в столицу Синьцзяна город Урумчи. Р-5 участвовали в боевых действиях во время междоусобных войн в Китае на стороне синьцзянского правительства.

Когда в Испании осенью 1936 г. вспыхнула гражданская война и СССР решил оказать помощь Испанской республике, в порт Картахена была доставлена партия самолетов из 31 Р-5Ш и ССС. Их свели в отдельную группу, которой командовал Константин Гусев. Испанцы называли самолеты «Расанте». В период обороны Мадрида «Расанте» успешно штурмовали пехотные и кавалерийские колонны франкистов, не позаботившихся о прикрытии с воздуха.

2 декабря 1936 г. девятка ССС, ведомая Гусевым, успешно штурмовала аэродром противника в Талавера, уничтожив три итальянских бомбардировщика SM-81. Первоначально республиканские ССС выполняли боевые полеты без прикрытия. И только после тяжелых потерь они стали вылетать на боевое задание под эскортом истребителей И-15 и И-16.

Достаточно эффективно «Расенте» действовали против наступающих франкистских колонн и в битве под Гвадалахарой.

В начале 1937 г. в Испанию прибыла вторая партия ССС.

Постепенно выработалась тактика налетов — внезапные бомбовые и штурмовые удары с малых высот с быстрым отходом на свою территорию. Из самолетов «Расанте» была сформирована единственная в республиканских ВВС эскадрилья ночных бомбардировщиков, которой командовал интернационалист немец Вальтер Катц.

В январе 1937 г. в Испанию удалось доставить 31 P-Z, еще столько же — в феврале и мае. Машины получили обозначение «Наташа». Они применялись в боевых действиях под Мадридом, Толедо, Гвадалахарой, Брунете.

После падения Испанской республики ССС, обозначенные как 16R, и P-Z под обозначением 17W использовались в Испании вплоть до 1946 г.

Когда началась агрессия Японии против Китая, правительство СССР приняло решение оказать Китаю военную помощь. С октября 1937 г. по июнь 1941 г. в Китай было поставлено 985 самолетов, часть из которых составляли Р-5.

В июле-августе 1938 г. небольшое число Р-5 участвовало в боевых действиях против японских войск у озераХасан, в мае-августе 1939 г. — в Монголии подХалхин-Голом.

Во время войны с Финляндией в ограниченном количестве применялись Р-5 всех модификаций и P-Z. Их численность в составе ВВС армий, принимающих участие в конфликте, по состоянию на 18 января 1940 г. составляла всего 101 машину, т. е. 4,64 % от общей численности нашей воздушной группировки ВВС.

Ограниченное использование предопределило и относительно небольшие потери: всего четыре Р-5 не вернулось с боевого задания. Однако небоевых потерь было значительно больше: в результате аварий и катастроф ВВС недосчитались 16 Р-5 и ССС.

Выделим один боевой эпизод. 1 февраля 1940 г. четыре экипажа Р-5 под командованием старшего лейтенанта

А. Я. Летучего вылетели на боевое задание. Над целью самолет А. С. Топаллера был подбит и совершил вынужденную посадку на территории противника. А. Я. Летучий приземлил свой самолет рядом с подбитым и забрал экипаж. Остальные Р-5 огнем пулеметов не подпускали финнов к месту посадки. Взлетев, Летучий сумел благополучно доставить экипаж Топаллера на свой аэродром. Именно об этом подвиге Александр Твардовский написал тогда следующие строчки:

В составе 71-го отдельного авиационного отряда ВВС Балтийского флота (БФ) на момент начала войны числилось десять сухопутных Р-5, базировавшихся в Новом Петергофе. Один самолет не вернулся с боевого задания, четыре машины потеряны в результате аварий и катастроф, из них две — безвозвратно. Например, 30 ноября 1939 г. при взлете оторвалась бомба АО-25. Взрывом разнесло хвост самолета. 9 декабря из-за потери ориентировки Р-5 летчика Барского сел на болото и был полностью разбит. В целом боевое применение Р-5 в ВВС БФ носило также ограниченный характер.

Несмотря на перевооружение ВВС новой техникой, по состоянию на 1 декабря 1940 г. в строю насчитывалось 2326 Р-5 (из них 1767 исправных), 21 °CСС (174 исправных), 654 P-Z (454 исправных) — всего 3190 (2395 исправных). Еще 92 Р-5 всех модификаций (по состоянию на 1 января 1941 г.) находилось в составе ВВС ВМФ. Самолеты снимались с вооружения. Когда началась Великая Отечественная война, ввиду больших потерь самолетного парка, по приказу Ставки Верховного Главнокомандования было принято решение сформировать и направить на фронт 27 бомбардировочных полков на самолетах Р-5 и P-Z.

В числе первых к выполнению боевых задач на Р-5 в составе ВВС Западного фронта в октябре 1941 г. приступил 606-й авиационный полк, сформированный из летчиков и курсантов Ярославской школы штурманов. В битве под Москвой за месяц боев полк уничтожил и повредил 38 танков, 90 автомашин, 3 батареи зенитной артиллерии, 2 самолета, 6 железнодорожных составов, 4 моста. В этом же сражении участвовали 615-й и 687-й полки на Р-5.

В январе-июне 1942 г. в неудачной для нас Любанской операции Волховского и Ленинградского фронтов в составе ВВС 2-й ударной, 4, 52, 54-й армий принимали участие 657, 658, 660, 662, 667, 673, 689, 696, 697-й полки на Р-5 и P-Z. Кроме бомбардировки позиций противника, они широко привлекались и для доставки в войска боеприпасов, продовольствия, фуража, эвакуации раненых, для связи. Например, 658-й полк на P-Z за февраль-апрель 1942 г. совершил 1606 боевых вылетов, сбросил 642 тонн бомб.