При работе днем Р-5 сопровождали истребители И-15бис (по звену на группу). При ведении разведки иногда осуществлялось и более плотное прикрытие - по 2-3 истребителя на разведчик. Старые бипланы неторопливо патрулировали лес, разыскивая следы пеших бойцов или лыжников, обстреливали и бомбили подозрительные места. В конце кампании на самолетах смонтировали кассеты АБК-1 (т.н. «ведра Онисько»). Их загружали мелкими зажигательными бомбами, а воздушным разведчикам поставили задачу вызывать пожары в населенных пунктах у передовой.
Тихоходные машины, нетребовательные к месту посадки, часто использовали для поиска и спасения экипажей подбитых самолетов, в том числе и на территории противника. На Р-5 таким образом вывезли 9 человек. Большую роль сыграли Р-5 в снабжении отрезанных от своих подразделений. Они сбрасывали грузы точнее, чем СБ. Так, 5-й и 15-й КАО снабжали бойцов в районе Леметти.
Советские ВВС потеряли девять Р-5. Семь из них были сбиты финскими зенитчиками, два погибли по неизвестным причинам. Потери морской авиации определяются в четыре Р-5.
При присоединении к СССР республик Прибалтики Р-5 использовали как связные и транспортные самолеты. Такой же работой плюс ведением разведки занимались экипажи Р-5 и в ходе аналогичной операции в Бессарабии. В частности, 20 июня 1940 г. два Р-5 произвели осмотр площадки в районе Болграда, где должна была высаживаться 214-я воздушно-десантная бригада.
Во всех упомянутых кампаниях задействовались и гражданские П-5, ЛП-5 и ПР-5. Они перевозили продовольствие, боеприпасы, медикаменты, почту, вывозили раненых и больных.
В мае 1940 г. Главный Военный совет РККА постановил снять с вооружения строевых частей Р-5. Но темпы перевооружения новой техникой отставали от намеченных, и к 1 июня количество остававшихся машин вдвое превышало плановое. С учетом школ общий итог выглядел еще более внушительным. На 25 сентября в ВВС числились 2445 Р-5, хотя летать были способны только 1631. В морской авиации оставалось еще 1237 Р-5.
На 22 июня 1941 г. в составе боевых частей ВВС насчитывался 191 Р-5. Относительно крупные группировки имелись только в Западном округе и на Дальнем Востоке, где несколько полков еще летало на Р-5 и Р-5Ш. Доля годных к полетам машин составляла около 70%. Немного Р-5 сохранилось в боевом составе морской авиации (12 - на Балтике, 2 - на Черном море и 9 - на Тихом океане). В основном эти самолеты использовались как вспомогательные.
Войсковая авиация приграничных округов базировалась поблизости от рубежей СССР, и первые удары люфтваффе пришлись именно по этим передовым площадкам. Много самолетов было уничтожено на аэродромах, повреждено и брошено при отступлении. Немцы с удовольствием фотографировали разбитые старые бипланы.
Попытки использовать устаревшие машины как разведчики и легкие бомбардировщики днем в условиях господства противника в воздухе обычно заканчивались печально. Но жизнь заставляла идти и на это. Так, в августе 1941 г. днем бомбили немцев в районе Днепропетровска экипажи Мелитопольской школы штурманов. Они летали группами по 10-12 машин под прикрытием И-16, но все равно несли тяжелые потери. К 22 сентября на передовой оставалось всего 56 Р-5.
После начала войны стали мобилизовать и гражданские самолеты. Эти машины включили в состав всех транспортных групп и отрядов, приданных действующим фронтам и флотам. С сентября 1941 г. на них начали монтировать вооружение, включая турели Тур-6 и Тур-8, а на некоторые самолеты и бомбодержатели или пусковые балки для реактивных снарядов. Такие П-5 действовали и как ночные бомбардировщики.
Вскоре для Р-5 основной работой стали ночные удары по противнику. Уже в августе 1941 г. в обороне Киева участвовала 36-я отдельная эскадрилья ночников. В конце сентября появилось постановление ГКО о формировании 10 ночных легкобомбардировочных полков (НЛБАП) на Р-5 и Р-Зет. Технику и личный состав решили набрать из летных школ, у «Осоавиахима» и ГВФ. Этот резерв выглядел внушительно: в школах на 20 сентября числились 1429 Р-5, еще 90 в различных тыловых частях. Около 400 машин сдал «Осоавиахим». Собирали полки очень поспешно. Эти авиачасти были значительно меньше довоенных. В них насчитывалось по 3 эскадрильи, а парк обычно не превышал три десятка машин.