В решении послать в Испанию эти самолеты, как ни странно, превалировали экономические соображения, главным из которых был тот факт, что Испания владела лицензией на выпуск немецких двигателей BMW.6, которые под маркой М-17 и применялись на советских штурмовиках, а потому больших проблем с силовыми установками для этих самолетов на Пиренеях не ожидалось. Первая партия этих машин в количестве 31 экземпляра прибыла в конце ноября 1936 г. На самолетах стояли форсированные двигатели М-17Ф мощностью по 715 л.с. Помимо бомбодержателей, самолеты несли пулеметы ПВ-1 и ДА-1. После сборки и облета прибывшими самолетами укомплектовали 15-ю авиагруппу (Grupo 15), которую возглавил майор Константин Михайлович Гусев.
Боевым дебютом 15-й авиагруппы стал налет двух девяток Р-5 на аэродром Велада, предпринятый 1 декабря 1936 г. На авиабазе, по данным разведки, базировалось до 30 итальянских бомбардировщиков S.81, регулярно совершавших ночные налеты на Мадрид. Как выяснилось, сведения «рыцарей многих качеств» оказались довольно точными, только количество самолетов на аэродроме было примерно в полтора раза меньшим заявленного. Впрочем, это вряд ли могло испортить настроение советским экипажам внезапно появившимся над авиабазой. Поскольку трехмоторные «Савойи» стояли рассредоточенно, то главными целями для штурмовиков стали ангары и вышка КДП. Все это почти мгновенно превратилось в горящие руины. Под развалинами рухнувших строений превратились в металлолом два S.81, еще столько же удалось отремонтировать позднее, а на летном поле в той или иной мере пострадали еще восемь бомбардировщиков.
Как известно, успех придает силы и внушает надежду, а потому на следующий день, 2 декабря, были запланированы рейды девяток Р-5 на аэродромы Велада и Талавера де ла Рейна. На первом из них базировались итальянские бомбардировщики, а на втором – истребители. Оба налета оказались для ПВО «макаронников» настолько внезапными, что зенитная артиллерия не успела вовремя открыть огонь по атакующим самолетам. В результате после первого же захода, Р-5 подожгли на аэродроме Велада три трехмоторлых S.81. Как выяснилось впоследствии одна «Савойя» была уничтожена полностью, а две другие сильно повреждены. В последовавшей затем штурмовке оказался подбит самолет лейтенанта Туликова, который попал в плен, но спустя несколько месяцев был обменян с еще несколькими пленными республиканскими летчиками на франкистских пилотов, которые в свою очередь попали в плен к республиканцам.
Другая девятка, атаковавшая аэродром Талавера де ла Рейна, уже в ходе штурмовки аэродрома была контратакована тройкой итальянских истребителей «Фиат»СЯ.32, которых вел старший лейтенант Сенни, поднятых незадолго до налета для прикрытия авиабазы. Поскольку в этот момент все экипажи штурмовиков разошлись для самостоятельной атаки, огневое взаимодействие в звеньях было нарушено, а потому итальянским пилотам удалось сравнительно легко и без потерь со своей стороны сбить три Р-5, хотя по возвращении нашими авиаторами было заявлено об уничтожении в воздушном бою двух «Фиатов». «Макаронники» тоже не поскупившись, решили попросту удвоить свой успех, сообщив о шести сбитых(!), однако итальянское командование, после того как в штаб истребительной группы прибыли результаты осмотра места боя, сократило это число вдвое, а все три сбитых биплана почему-то записало на счет лейтенанта Дженни. Впрочем, знаменитым асом ему стать так и не удалось, так как к концу года доведя свой счет до шести побед (плюс один сбитый аэростат), он сам после схватки с республиканскими И-16 попал в плен.
На следующий день Р-5 отработали по готовившимся к атаке подразделениям франкистов в районе парка Каса-дель-Кампо, который примыкал к западным пригородам Мадрида, а 4-го числа целью штурмовиков снова стал вражеский аэродром. На этот раз в качестве объекта удара была выбрана авиабаза Навалморап, где базировались испанские бомбардировочные эскадрильи З-Е-22 и 4-Е-22, только недавно получившие из Германии несколько новеньких Ju52/3m. Они-то и стали объектом удара республиканцев, сумевших серьезно повредить шесть трехмоторников, большая часть из которых к тому моменту еще даже не получила камуфляжа, а потому представляла собой превосходные мишени. Трудно сказать, насколько на самом деле был успешным налет, но в большинстве зарубежных источников отмечается, что все шесть «Юнкерсов» вышли из строя более чем на два месяца.
Первый опыт боевого применения Р-5 показал, что, несмотря на высокую эффективность поражения наземных целей, эти самолеты требуют достаточно плотного истребительного прикрытия, так как их максимальная скорость (около 250 км/ч) не позволяет им ни уходить от вражеских перехватчиков, ни успешно вести с ними воздушный бой. Наиболее часто с экипажами Р-5 взаимодействовала 2-я эскадрилья «Чато», оснащенная истребителями И- 15. Отмечалось также, что Р-5 в полете напоминают итальянские Ro.37. 10 декабря 1936 г. это сослужило республиканцам добрую службу. В тот день эскадрилья Р-5 атаковала аэродром Аравака, на котором базировались Не51 из состава «Легиона Кондор». Дежурное звено истребителей после окончания налета немедленно пошло на взлет, намереваясь догнать республиканские самолеты, однако первым, кто попался на пути немецким пилотам, был итальянский «Ромео», экипаж которого не ожидая ничего плохого над своей территорией, мирно «чапал на работу» к линии фронта позади уходивших Р-5, даже не видя последних. Мчавшимся во весь опор пилотам «Хейнкелей», видимо, не хватило времени рассмотреть, кто им попался, и с первой же атаки тройка «легионеров» как в тире изрешетила самолет союзников, который тут же врезался в землю, похоронив под своими обломками экипаж. Р-5 же, как ни в чем небывало, исчезли. Другой подобный случай произошел 3 января 1937 г., но на этот раз отличились пилоты «Фиатов», также не узнавшие своего «брата»-«Ромео»…
