Значительная часть ночных полков поступила на самое опасное направление в войска Западного фронта. Уже 6 октября в состав 77 авиадивизии Западного фронта вошел 606 легкобомбардировочный полк в составе 20 самолетов Р-5. Полк был сформирован из летчиков-инструкторов и курсантов Ярославской школы штурманов. В течение месяца полк совершил более 800 боевых вылетов ночью и в условиях непогоды. Р-5 бомбили переправы и мосты через реки Угра, Ока и Протва, наносили удары по аэродромам, дорогам и скоплениям вражеских войск. Уже в ходе оборонительных сражений за Москву в действие вступили 615 и 687 авиаполки на Р-5. В период контрнаступления советских войск ночные бомбардировщики выполнили до 10% от всех самолетовылетов. По состоянию на 5 декабря 1941 года в составе ВВС Западного фронта имелось 45 ночных бомбардировщиков типа Р-5.
В начале 1942 года присутствие Р-5 в полосе боевых действий продолжает возрастать. Созданный в декабре 1941 года Волховский фронт получил в первых числах января 6 ночных легкобомбардировочных полков на самолетах Р-5, P-Z,По-2. К середине января здесь имелось 111 самолетов этих типов, это была почти половина боевой авиации Волховского фронта (211 самолетов). 13 января 1942 года под Волховом началась Любан-ская операция, целью которой было оттеснение противника от Ладожского озера и, в конечном счете, снятие блокады Ленинграда. ВВС фронта должны были обеспечить содействие наступающим частям 2-й ударной армии, ночные бомбардировщики по замыслу должны были устраивать немцам всевозможные неприятности: мешать железнодорожным перевозкам, вести разведку и корректировку артогня. Наступление 2-й ударной армии встретило упорное сопротивление противника, продвижение вперед происходило медленно, сил не всегда хватало. Недостаток боевых самолетов вынуждал увеличивать количество вылетов на экипаж.
Р-5 в камуфляже с подвесными контейнерами, 1942 г
Старшины Г.П. Мануло и A.M.Капков подготавливают кассеты с зажигательными бомбами, 1943 г
9 февраля 1942 года ВВС общевойсковых армий на участке прорыва были усилены прибывшим на пополнение 188 самолетами Р-5, P-Z и По-2. 2-я ударная армия получила три полка из этого пополнения, два полка получила 54-я армия Ленинградского фронта, по два полка получили 4-я и 52-я армии. Все девять перечисленных полков - 657, 658, 660, 662, 667, 673, 689, 696, 697 - приняли активнейшее участие в поддержке наступающих советских войск. С марта по июнь, в связи с частым нарушением противником коммуникаций 2-й ударной армии и введенного в прорыв 13-го кавалерийского корпуса, а также из-за весенней распутицы, армейские ночные бомбардировочные полки выполняли задачи по снабжению войск и эвакуации тяжелораненых. При всем при этом боевые задачи с этих соединений не снимались. Лишь 658 авиаполк за означенный период совершил 1606 боевых вылетов и сбросил 642 тонны бомб.
За март-апрель ночники доставили окруженным войскам 2-й армии, 13-му авиакорпусу и 378 стрелковой дивизии более тысячи тонн продовольствия, фуража, боеприпасов и других грузов, эвакуировали 676 тяжелораненых солдат и офицеров, переправили в обоих направлениях 76 офицеров связи. Хотя Любан-ская операция была далеко не самой удачной операцией Красной Армии, советская авиация проявила себя в ней весьма неплохо.
Немалая заслуга летчиков в том, что они помогли наземным войскам и, насколько могли, облегчили положение. Авиация 2-ой ударной армии с начала операции совершила 27774 самолетовылета, хотя и понесла тяжелые потери. Значительная часть вылетов из этого количества пришлась на заслуженного работягу Р-5.
К началу летней кампании 1942 года присутствие самолетов типа Р-5 на фронтах было наибольшим - 183 самолета. 25 машин имелось в ВВС Юго-Западного фронта, 51 в ВВС Брянского фронта, 57 в ВВС Южного фронта. В течение лета количество этих самолетов, несмотря на боевые потери, продолжало удерживаться в пределах 200 единиц. Р-5, в основном, действовали по ночам и традиционно выполняли многочисленные задачи по снабжению и обеспечению войск.
Лишь к середине 1943 года участие Р-5 в боевых акциях снижается. Те несколько десятков машин, которые имелись в войсках, все более специализируются на вспомогательных действиях. Наряду с армейскими частями, подобной деятельностью занимались и самолеты Р-5, входящие в особые авиагруппы ГВФ. Такие авиагруппы были созданы в начале войны для выполнения транспортных перевозок в интересах Красной Армии. В июле 1941 года из 587 самолетов ГВФ, входящих в авиагруппы особого назначения, 104 машины были типа Р-5. Вплоть до второй половины 1944 года это количество поддерживалось с колебаниями до десятка машин. Впоследствии авиагруппы были переименованы в полки ГВФ и в этом качестве действовали до окончания войны. Самолетам этих
полков приходилось летать к партизанам, выбрасывать во вражеский тыл парашютистов, порою выполнять необычные поручения. В ходе боев за Варшаву в один из кварталов города потребовалось доставить среднекалиберную пушку. Пушка весом 350 кг была подвешена под самолет Р-5, принадлежащий 62-му Гвардейскому полку ГВФ. Летчик полка Л.П.Шилдин успешно доставил столь необычный груз по назнаению.