Wyprodukowane SU-5 zostały skierowane do jednostek wojskowych jako sprzęt eksperymentalny. Pojedyncze egzemplarze tych dział były używane bojowo podczas walk nad jeziorem Chasan, agresji na Polskę, a prawdopodobnie także wojny zimowej. 1 grudnia 1940 roku Armia Czerwona posiadała jeszcze 25 SU-5, z czego 11 na Froncie Dalekowschodnim, 6 w Leningradzkim Okręgu Wojskowym, 4 w Kijowskim Specjalnym Okręgu Wojskowym i 4 w Zachodnim Okręgu Wojskowym.