Спроектированный для применения в основном в качестве сухопутного армейского разведчика и легкого бомбардировщика, способного выполнять полеты днем и ночью, самолет Р-5 являлся дальнейшим развитием концепции многоцелевого массового боевого самолета, имеющего возможно более простую конструкцию, обеспечивающую легкость обслуживания и ремонта; обладающего высокими для своего времени летно-техническими данными, хорошей устойчивостью и управляемостью, простотой пилотирования, неприхотливостью в эксплуатации. В соответствии с таким подходом для самолета Р-5 была выбрана схема одномоторного двухместного полутораплана смешанной конструкции с неубирающимся шасси, подкосным стабилизатором с изменяющимися в полете углом установки и однокилевым вертикальным оперением.
Планер самолета Р-5 имел деревянную в основном ферменную конструкцию. Из металла выполнялись элементы конструкции силовой установки, шасси, системы управления самолетом. Верхние и нижние крылья самолета Р-5 состояли из двух лонжеронов, нервюр, расчалок между ними и полотняной обшивки. Они имели относительную толщину 10%, и каждое из них представляло собой плоскую ферму, не работающую на вертикальный изгиб и кручение. Эти нагрузки воспринимались после соединения всех крыльев в единую жесткую систему полуторапланной коробки при помощи наклонных И-образных стоек с каждой стороны фюзеляжа, стальных несущих и поддерживающих лент-расчалок. Имелись также специальные ленты-расчалки для предотвращения прогиба переднего лонжерона в месте установки бомбодержателей при подвеске бомб под правым и левым крылом.
Фюзеляж самолета компоновался по одинаковой с Р-1 и Р-З «продольной» схеме, но в отличие от них имел аэродинамически более выгодную заостренную носовую часть. Фюзеляж ферменной конструкции обшивался фанерной обшивкой, частично заменявшей, как и на Р-З, внутренние расчалки и подкосы и обеспечивавшей получение жесткой и прочной, надежно работающей в различных условиях эксплуатации конструкции.
Основным средством продольной балансировки Р-5 при выполнении предельных режимов полета на максимальной и минимальной скорости, а также при резко изменяющейся в полете центровке, был управляемый в полете из кабины летчика стабилизатор, позволявший снизить (и даже полностью снять) давление на ручку и облегчить управление самолетом, которое выполнялось двойным и обеспечивалось как из кабины летчика, так и из кабины летчика-наблюдателя (летнаба). При движении самолета по земле управление им значительно облегчалось применением тормозных управляемых от педалей летчика колес и связанного с рулем направления хвостового костыля.
На самолетах Р-5 устанавливался двигатель М-17б жидкостного охлаждения, являвшийся лицензионным воспроизведением германского двигателя BMW-VI. Он имел максимальную мощность 680 л. с. и номинальную мощность 500 л. с., которая сохранялась до высоты 2450 м. Силовая установка Р-5 имела некоторые особенности. Прежде всего, на самолете применялся подвижный водорадиатор, выдвижение которого в воздушный поток зависело от скорости полета — на большой скорости выдвижение радиатора, а следовательно, и его сопротивление, были минимальными. Кроме того, самолет имел «самозапуск» — бортовой баллон со сжатым воздухом для запуска мотора. Наличие такого сравнительно простого устройства устранило необходимость участия наземного персонала в процессе запуска мотора для «прокрутки» воздушного винта, значительно упростило эксплуатацию Р-5 на необорудованных аэродромах, повысило его автономность, что в то время имело огромное значение.
Вооружение первых самолетов Р-5 практически не отличалось от вооружения разведчиков Р-1 и Р-З. Оно состояло из неподвижного синхронного пулемета ПВ-1, установленного перед кабиной летчика, и спаренных подвижных пулеметов Льюис или ДА, смонтированных на турели в кабине летнаба. В варианте разведчика самолет мог поднимать бомбовый груз массой 256-300 кг, а в варианте бомбардировщика-до 500кг. Бомбы подвешивались на держателях под крылом и фюзеляжем самолета. Как и на предшественниках, на самолете Р-5 устанавливалось требуемое фото — и радиосвязное оборудование.
В соответствии с целевым назначением самолета Р-5 устанавливалась и его эксплуатационная полетная масса. С нагрузкой, характерной для использования самолета в качестве разведчика, его полетная масса была равна 2901 кг, в варианте бомбардировщика с нормальным бомбовым грузом 300 кг — 3151 кг, а с перегрузочным бомбовым грузом 500 кг — 3351 кг. Диапазон эксплуатационных центровок устанавливался равным 31,5-35,8% САХ, но при выгорании горючего предельно-задняя центровка могла достигать в некоторых случаях 40% САХ.
В начале 1929 г. летчик М. М. Громов закончил заводские испытания опытного самолета Р-5; государственные испытания продолжал летчик В. О. Писаренко. Испытания были завершены в том же году беспосадочным перелетом из Москвы в Севастополь. По оценке летчиков самолет Р-5 обладал хорошими характеристиками устойчивости и управляемости на всех режимах полета, был прост в пилотировании. Особенно отмечалась хорошая поперечная устойчивость самолета на больших углах атаки. Подчеркивалось, что самолет неохотно входит в штопор и выходит из него с небольшим запаздыванием. Преднамеренное выполнение штопора при центровке более 33,5% САХ инструкции по летной эксплуатации самолета запрещали. Высокая оценка летно-технических характеристик самолета Р-5 определила принятие решения о запуске самолета в серийное производство взамен самолетов Р-1 и Р-З.
Советский P-5 стал на ряд лет классическим типом разведчика. На международном конкурсе самолетов такого назначения, проводившемся в 1930 году в Тегеране, в котором участвовали лучшие авиастроительные фирмы Англии, Франции и Голландии, наш воздушный разведчик P-5 занял первое место. За время с 1929 по 1935 год заводы выпустили около 5 тыс. самолетов P-5 в различных вариантах, в том числе торпедоносца (Р-5Т), штурмовика с 10 пулеметами (Р-5Ш).
