Головной экземпляр был построен в марте 1934 г. Всего за этот год завод построил 47 Р-5а (вместо 50 по плану) и еще 50 — в 1935 г. В январе 1936 г. в составе ВВС Тихоокеанского флота насчитывалось 14 Р-5а и 5 — в ВВС Балтийского флота.
Рост скоростей боевых самолетов привел к необходимости разработки средств механизации крыла — предкрылков, закрылков. В начале 30-х гг. крылья, оснащенные этими устройствами, назывались разрезными. Они позволяли снизить посадочную скорость или при той же посадочной скорости уменьшить площадь крыла и тем самым увеличить максимальную скорость полета. ВВС проявили большую заинтересованность в исследованиях и практическом использовании механизации крыла и в 1930 г. приняли соответствующие решения по этому вопросу. Предварительный проект был выполнен на заводе № 39 под общим руководством С. А. Кочеригина.
11 августа 1931 г. в кабинете начальника ЦАГИ Н. М. Харламова состоялось специальное совещание о мероприятиях по переводу серийного производства Р-5 на разрезные крылья. На нем присутствовал начальник 3-й бригады ЦКБ Н. Н. Поликарпов. По ряду причин в дальнейшем в этих работах Николай Николаевич участия не принимал, хотя и консультировал проектирование.
Верхнее крыло бипланной коробки было сделано почти прямоугольной формы. На нем установили автоматические предкрылки. На верхнем и нижнем крыльях — щитки-закрылки.
В 1933 г. построили два экземпляра Р-5 с разрезными крыльями (№ 4681 и № 5563), имеющих некоторые различия в конструкции. На первом из них для улучшения управляемости на малых скоростях напротив элеронов на верхнем крыле установили интерцепторы. В процессе испытаний выяснилось, что посадочная скорость снизилась до 66–75 км/ч, однако потолок и максимальная скорость полета стали несколько хуже. В целом результаты испытаний признаны удовлетворительными.
15 июля 1933 г. помощник начальника ГУАП Алмазов направил письмо директору завода № 39 Марголину о том, что начальник ВВС Алкснис просит ГУАП принять заказ на постройку десяти Р5-М17 с разрезными крыльями, но без интерцепторов, для войсковых испытаний.
Однако на Р-5 разрезное крыло не прижилось: самолет и так обладал вполне удовлетворительными взлетно-посадочными характеристиками. Но эти опыты имели большое значение для последующего широкого внедрения средств механизации крыла в конструкции самолетов СССР, в том числе и в машины Н. Н. Поликарпова.
Рассматривались различные мероприятия по повышению дальности полета Р-5.
В 1933 г. завод № 1 самостоятельно разработал и поставил на машину бак в центроплане увеличенного объема. Его размеры не были согласованы с аэродинамикой самолета, так как выбирались по наитию без проведения необходимых аэродинамических исследований. В итоге сопротивление возросло, увеличился расход топлива на километр пути. Однако вместо критического анализа полученного результата в НИИ ВВС было принято решение отказаться от увеличенного центропланного бака и использовать подвесной под фюзеляжем. 22 ноября 1933 г. заместитель начальника ГУАП направил письмо уже директору завода № 39, где в то время находилась бригада Поликарпова, в котором предписывалось договориться с заводом № 1 о совместной разработке таких баков.
Появление еще одной модификации было связано с попыткой замены двигателя. Напомним, что разработка Р-5 заранее увязывалась с созданием двигателя мощностью 750-1000 л.с. Установка на него М-17 являлась, по сути, вынужденной мерой. Успешная разработка А. М. Микулиным двигателя М-34 (номинальная мощность у земли 750 л.с., максимальная — 820 л.с.) вновь подняла вопрос об оснащении Р-5 более мощным мотором. Поэтому в план заданий промышленности на 1932 г. был вписан пункт о постройке к 1 июля 1932 г. самолета Р-5 с М-34, продублированный соответствующим постановлением Комитета Обороны СССР.