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.