Даже при массовом применении ракеты Р-1 и Р-2 не оказали бы реального влияния на исход возможной войны. Это доказала практика использования «Фау-2» немцами против Англии. Поэтому и масштабы развертывания Р-1 и Р-2 были весьма ограниченными: всего шесть инженерных бригад по шесть пусковых установок. По сути дела, в задачи этих частей входили неофициальные, очень длительные войсковые испытания нового оружия.

После принятия на вооружение Р-5М части, вооруженные этой ракетой, становились важнейшей ударной силой на Европейском и Дальневосточном театрах военных действий. В отличие от решавших аналогичные задачи сотен бомбардировщиков Ту-16, десятки ракет Р-5М не могли быть перехвачены средствами ПВО противника. Более того, в течение нескольких лет крайне низкой оставалась и вероятность поражения ракетных подразделений на земле. США еще не создали средства космической разведки, а полеты их высотных самолетов-разведчиков U-2 носили крайне редкий, эпизодический характер.

Соответственно, предполагалось развернуть ракеты Р-5М в количестве, значительно большем, чем Р-1 и Р-2. При этом, помимо перевооружения уже сформированных инженерных бригад Резерва Верховного Главного командования, предусматривалось оснастить этим оружием 25-ю, 83-ю и 96-ю дивизии Дальней авиации ВВС, преобразовав ее авиационные части в 18 инженерных полков. Процесс этот начался еще в 1956 г. На первых порах в ВВС из инженерных бригад РВГК были переданы ракеты Р-2, которые и изучали будущие ракетчики. Однако в качестве штатного вооружения бывшие авиаторы получили уже более совершенные Р-12, при этом с созданием РВСН они были переданы из ВВС во вновь образованный вид Вооруженных Сил.

Первая в мире стратегическая баллистическая ракета Р-5М до 1959 г. оставалась единственной в арсенале советских Вооруженных Сил. В ходе ее эксплуатации воинами-ракетчиками был накоплен опыт взаимодействия с офицерами воинских частей, эксплуатирующими головные части и ядерные заряды, которые требовали реализации особо строгих мер обеспечения безопасности и секретности. Вначале они функционировали в составе так называемых полевых специальных сборочных бригад, придаваемых каждому отельному инженерному дивизиону. К концу 1950-х гг. инженерные бригады преобразовали в инженерные полки (включавших по два инженерных дивизиона), которым придавались так называемые ремонтно-технические базы, объединившие бывшие полевые специальные сборочные бригады.

Работы по дальнейшему совершенствованию Р-5М продолжались и после 1956 г. В частности, проектировался вариант ракеты, обеспечивающий возможность проведения большинства операций предстартовой подготовки в горизонтальном положении. Но эти работы не получили развития - уже в июне 1957 г. начались летные испытания Р-12. Предпринимались меры и по повышению эффективности Р-5М. В рамках темы «Вибратор» по правительственным постановлениям от 15 ноября 1954 г., 20 июля 1955 г. и от 29 ноября 1957 г. разрабатывался первый отечественный радиолокационный взрыватель для головной части баллистической ракеты.

Геофизическая ракета Р-5А.

К концу десятилетия явно устарел первоначально примененный на Р-5М заряд - один из первенцев советского ядерного оружия. Партия и правительство дважды принимали постановления об оснащении Р-5М новыми зарядами. При явной бесперспективности Р-5М продолжению этих работ способствовала возможность ее унификации по головным частям с новой, перспективной Р-12. В вышедшей под редакцией генерал-майора Ю.А. Яшина книге «Меч и щит России» (стр. 123) указывается, что «мощность зарядов ракет Р-5М несколько раз менялась: были заряды в 300 кт, поступили термоядерные заряды мощностью 1 мт».

Тем не менее, после массового развертывания ракет Р-12, требовавшие длительной предстартовой подготовки Р-5М утрачивали реальную значимость, хотя и оставались в составе дивизий, получивших новое оружие.

Но и традиционная бережливость постепенно обрела разумные пределы. Первыми весной 1963 г. были сняты с вооружения ракеты, размещенные в Крыму - это была своего рода компенсация в ответ на вывод американских ракет из Турции после Карибского кризиса. К 1965 г. в строю числилось уже только 28 пусковых установок Р-5М. Окончательное снятие Р-5М с вооружения прошло в 1967-1968 гг. В это время в строй ежегодно вводились сотни шахтных пусковых установок межконтинентальных ракет нового поколения Р-36 и УР-100. В результате возник острый дефицит квалифицированных кадров. Опытные офицеры, много лет прослужившие на Р-5М, быстро переучились на новую технику. Старые ракеты «демобилизовали», при этом часть из них еще послужила Родине.

Помимо применения в Вооруженных Силах, «пятерки» широко использовалась для проведения научных исследований, а также для создания новых систем ракетно-космической техники. Так, еще до завершения отработки Р-5М была создана экспериментальная ракета М5РД для проверки ряда новшеств, предусмотренных к внедрению на первой в мире межконтинентальной ракете Р-7. К ним относились системы регулирования кажущейся скорости, нормальной и боковой стабилизации центра масс относительно заданной траектории, система одновременного опорожнения баков, регуляторы расхода. Было проведено 10 пусков в июле-сентябре 1955 г., в ходе которых также испытывались три головные части с покрытием из карбида кремния и две с теплозащитой из асботекстолита. Кроме того, для подтверждения возможностей полигонных радиолокационных средств по слежению за испытываемой Р-7 осуществлялись пуски «пятерок» модификации Р-5Р. Имеется информация, что для этого дорабатывались и использовались ранее изготовленные Р-5 (8А62), а не более совершенные Р-5М (8К51).