Первоначально самолет планировалось оснастить разрабатываемым отечественным двигателем М-13, однако, доводка двигателя затягивалась, что, в свою очередь, не позволяло заказчику окончательно определиться с техническими требованиями. В конечном итоге, в начале 1927 года было принято решение о покупке лицензии на производство немецкого авиадвигателя BMW-VI, под который и начали проектирование самолета.
Эскизный проект Р-5 в ОСС ЦКБ начали разрабатывать в апреле 1927 года. Поликарпов предложил два варианта – биплан и полутораплан, каждый из которых обладал своими достоинствами. После ряда обсуждений лучшей была признана схема полутораплана. 29 июня эту схему утвердил техсовет, а несколько позже, 7 июля, с ней согласился и Научный комитет Управления ВВС. Следует отметить, что чуть ранее к реализации приняли истребитель-полутораплан И-3, а следом за Р-5 в постройку пошел двухмоторный бомбардировщик-полутораплан ТБ-2. Все три перечисленные машины были сконструированы под руководством Н.Н.Поликарпова, оснащены двигателями BMW-V1, по части внешнего сходства и использования технологических приемов являлись одним семейством.
В конце лета 1927 г. был построен деревянный макет Р-5, который окончательно, со всеми изменениями, утвердили 30 августа. Спустя несколько дней началась разработка предварительного проекта и практически одновременно изготовление рабочих чертежей.
В производстве Р-5 не ожидалось сложностей, предполагалось использовать освоенные приемы и технологии. Конструкция – из сосны и фанеры, в соединительных узлах мягкая сталь марки М. Обшивка крыльев и оперения (полотно, дюраль (применялся ограниченно: стойки крыльев и капоты моторов.
Самолет строился в течение 1928 г. на территории авиазавода №25, куда перевели конструкторское бюро Н.Н.Поликарпова. В ходе его постройки на авиазаводе №1 готовились рабочие чертежи для серии. Испытания первой опытной .машины начались 19 сентября и продолжились до 5 ноября 1928 г. Летал М.М.Громов.
В ходе испытаний была значительно увеличена площадь хвостового оперения, установлена оборонительная установка ТУР-6. После ряда дополнительных доработок и облета Громовым в феврале 1929 г. самолет представили на госиспытания в НИИ ВВС. Летал О.П.Писаренко и еще ряд военных летчиков. Общее мнение испытателей было следующим: «Самолет в пилотировании прост, вполне устойчив, очень летуч, медленно теряет скорость при сбросе газа. Штопор возможен только при скорости 70 км/ч или при намеренном вводе, на скорости 80 км/ч устойчиво парашютирует. Задувание в кабине пилота незначительно, возможен полет без очков».
При нагрузке 860 кг Р-5 взлетал после стометрового разбега, а в воздухе легко выполнял мертвые петли и перевороты. Вираж на километровой высоте разведчик выполнял за 16 секунд, что было вполне неплохо. Большим оказался пробег на посадке – 250-300 метров – однако установка тормозных колес позволила впоследствии длину пробега сократить.