Этот самолет был построен в 1931 г. на авиазаводе №39 по эскизам самого Рафаэлянца и летчика Б.Л.Бухгольца. На месте кабины летнаба оборудовали двухместную пассажирскую кабину, кресла стояли напротив друг друга. Все было прикрыто одним прозрачным фонарем из целлулоида. Подобные кабины называли «лимузинами» – отсюда и название самолета. Так как работа относилась к деятельности ЦКБ-39 ОГПУ, то самолет показывался неоднократно членам правительственных комиссий как собственное изобретение этой организации. По типу этого самолета на авиазаводе № l изготовили в 1932-33 гг. несколько подобных экземпляров.
В период 1932-34 гг. специалистами ЦАГИ велись проведены обширные исследования по выходу Р-5 из штопора. Как вариант улучшения штопорных характеристик было предложено выполнить задние крыльевые стойки поворотными. Стойки шириной 200 мм поворачивались от педалей ножного управления и представляли собой по сути незатененный дополнительный руль поворота. При испытаниях выяснилось, что Р-5 выходит из штопора замедленно за счет большой устойчивости на скольжении. Машина прекращала ротацию за счет выхода на малые утлы атаки. Применение поворотных стоек ощутимых результатов не давало, лишь ускоряло переход на малые углы.
9 мая 1933 г. Р-5 №5215 потерпел катастрофу. Наблюдатель эксперимента А.В.Чесалов выпрыгнул с парашютом на 17-18 витке штопора. Летчик М.А.Волковойнов, надеясь вывести самолет, покинул его слишком близко от земли. Его парашют не успел наполниться, и Волковойнов погиб.
Еще в 1930 г. предлагалось на Р-5 установить крыло с механизацией, предкрылками и закрылками. Представлялось, что в таком виде самолет можно будет использовать с большей надежностью в качестве ночного бомбардировщика. Разработка поначалу была поручена ЦКБ-39, затем перешла в новый ЦКБ. Проработка вопроса велась под руководством Л.И.Сутугина, конструктивная разработка – в бригаде С.А.Кочеригина. Изменениям подверглось верхнее крыло: оно получило прямые законцовки, автоматические предкрылки и закрылки по задней кромке.
В 1933 г. построили два самолета: Р-5 №4681 – разрезное крыло-1 и Р-5 №5563 – разрезное крыло-2. В процессе испытаний было получено снижение посадочной скорости до 70 км/час, полетные углы без срыва составили 20". Возрос потолок, полетная скорость несколько снизилась. В серию однако новое крыло не пошло, т.к. считалось, что Р-5 в неизмененном виде обладает удовлетворительными посадочными характеристиками, а также устойчивостью и управляемостью.
В 1933 г. на Р-5 №4681 испытывались выливные авиационные приборы (ВАП) конструкции инженера Вахмистрова.
В течение первых четырех лет производства опытные работы, проводимые на отдельных Р-5, не оказывали влияния на выпуск серийных машин. Перемены начались в 1934 году.
Необходимость иметь морской вариант разведчика (по аналогии с Р-I) привела к созданию поплавковой машины, обозначенной Р-5а (МР-5). Такой самолет построили еще в 1931 году. Поплавки, в создании которых принимал участие конструктор В. Б. Шавров, были выполнены из дерева. Р-5а имел увеличенный до 1,25 кв.м воздушный киль и приспособление д\я запуска двигателя на воде – ручку в борту для проворачивания вала. В остальном конструкция самолета оставалось идентичной стандартному Р-5.
Серийный выпуск поплавкового разведчика планировалось развернуть на таганрогском авиазаводе №31. Действительно, там провели подготовительные работы для освоения самолета, но к положительному результату они не привели. Во второй половине 1933 г. серию Р-5а решили выполнить на авиазаводе № 1 в Москве. Головная машина этой серии была испытана в марте 1934 года. С полетным весом 3294 кг (вес пустого 2378 кг) Р-5а развивал максимальную скорость у земли 209 км/ч, потолок 4500 м, дальность 800 км. В целом, поплавковый самолет ненамного уступал сухопутному собрату. В 1934 г. московский авиазавод выпустил 61 Р-5а, на следующий год еще 50 таких машин. Общее количество произведенных поплавковых разведчиков составило 111 экземпляров.