Ст. л-ту А. Мамкину удалось вывезти на Р-5 сразу 10 детей. Февраль 1942 г. Справа - Р-5, отремонтированный с помощью подручных средств
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.
В сентябре 1941 г. Р-5 и Р-Зет Харьковской школы укомплектовали 719-й НЛБАП. Первый боевой вылет он совершил в ночь на 29 сентября на Юго-Западном фронте. В ноябре полк участвовал в разгроме танковой группы Клейста под Ростовом. За первый год войны экипажи этой части совершили 2800 боевых вылетов, уничтожив, по официальным данным, 108 автомашин, 22 артиллерийские и минометные батареи, 14 зенитных установок, 27 складов, 8 эшелонов, свыше 8000 солдат и офицеров.
606-й НЛБАП пришел из Ярославской школы стрелков-радистов. Он включал 27 Р-5 и эскадрилью Р-Зет. В Челябинской школе стрелков-бомбардиров сформировали сразу три полка - 658-й (командир подп-к В.Н. Кулаков-Павлов), 686-й (м-р П.Д. Бондаренко) и 688-й (к-н К.В. Яровой). Эти части получили Р-5, ССС и P-Z. Всего за короткий срок ВВС пополнились 27 полками на Р-5.
Подготовка экипажей в этих частях была довольно слабой. Недоученные курсанты совершали всего по несколько самостоятельных полетов ночью перед отправкой на фронт. Сроки подготовки были весьма сжатыми. Так, 688-й НЛБАП отправился на Западный фронт менее чем через месяц после приказа о формировании, и уже в день прибытия на передовую его машины ушли в первый боевой вылет.
Распоряжением ГКО от 2 ноября предусматривалось формирование уже 60 полков. Боевых машин для этого не хватало, поэтому в список включили и У-2. Взятые из школ и гражданской авиации самолеты, как правило, вооружения не имели. Его собирали на различных складах, а у промышленности в ноябре затребовали 800 пулеметов, 1200 комплектов бомбового вооружения.
Переброска на фронт такого значительного количества техники позволила существенно усилить ВВС, частично возместить потери и общую нехватку бомбардировщиков современных типов. Большую роль сыграли ночные полки в битве под Москвой. Еще в октябре на Западном фронте появился 606-й НЛБАП п-ка Н.С. Виноградова. Он действовал на Юхновском направлении. В первую же ночь его самолеты бросили бомбить мосты и переправы через Угру, Оку и Протву. За месяц боев полк совершил более 800 боевых вылетов, сбросил свыше 7000 бомб. Кроме переправ, целями Р-5 являлись аэродромы, узлы железных и шоссейных дорог, населенные пункты, где отмечалось скопление войск. По советским данным, только этот полк уничтожил 4 моста, 9 переправ, 7 железнодорожных составов, 3 артиллерийские батареи, до 90 автомобилей и 2 самолета на земле. Третий был сбит в воздухе: 7 октября мл. л-т И.С. Денисов таранил немецкий разведчик Hs 126. Несколько позже в бой вступили 615-й и 687-й НЛБАП. На 14 ноября под Москвой из 239 фронтовых бомбардировщиков 157 были легкими ночниками (У-2, Р-5 и Р-Зет), т.е. более 65%.
В общей сложности в битве под Москвой, на Западном и Калининском фронтах принимали участие 8 полков на Р-5. В качестве легкого бомбардировщика Р-5 имел ряд преимуществ перед У-2. Во-первых, дальность. Радиус действия Р-5 с бомбовой нагрузкой 400 кг превышал 300 км (У-2 с нагрузкой 350 кг - около 220 км). Во-вторых, Р-5 почти в 2 раза превосходил У-2 по скорости. В-третьих, он имел штатное стрелковое вооружение, которое частенько пускали в ход и для защиты от немецких ночных истребителей, и для обстрела наземных целей. Так, осенью 1941 г. под Ростовом штурман А. Холостых из 719-го НЛБАП, отстреливаясь, сбил Bf 109.
Камуфлированный Р-5 с двумя грузовыми контейнерами
Офицеры 3-го авиаполка возле Р-5. Нерчинск, 1945 г.
Весной и летом 1942 г. многие бывшие легкобомбардировочные полки, летавшие на Р-5, превратили в штурмовые, перевооружив на Ил-2. Однако ряд полков сохранял прежнюю материальную часть и ту же тактику. Более того, на фронт прибыли новые полки на Р-5. Так, в Челябинске на этих машинах сформировали 373-й НЛБАП м-ра И.В. Сильвестрова, который 19 ноября отправили на запад.
В мае 1942 г. 218-й НЛБАП п-ка Н.Д. Попова бомбил немцев на подступах к Харькову. Летом того года на фронтах находились в общей сложности 183 Р-5, в том числе 25 на Юго-Западном, 51 - на Брянском, 57 - на Южном. В частности, они действовали на Дону, а затем на подступах к Сталинграду. В Сталинградской битве участвовали 623-й и 719-й НЛБАП. В январе 1943 г., во время наступления, Р-5 2-й воздушной армии доставляли горючее танкам Воронежского фронта.