武装を76.2mm連隊砲（榴弾砲）に換装した、近接支援型のBT-5Aが試作されたが、量産されていない。また、化学戦車（火炎放射戦車）や水陸両用型、ロケット弾を装備可能なRBT-5が試作されたが、同様に採用されなかった。他に、テレタンクであるTT-BT-5が試作され、こちらは冬戦争に投入された。
BT-5は1937年のスペイン内戦で、初めて実戦に参加した。義勇特別戦車連隊として57両が投入され、最終的には100両近くが送り込まれたといわれている。本車は同時に派遣されたT-26同様に、45mm砲の威力でフランコ軍やコンドル軍団のドイツ戦車（I号戦車）やイタリア戦車（L3）を圧倒したが、対戦車砲からの砲撃には弱かった。続いて1938年7-8月の張鼓峰事件ではT-26などと共に81両が投入され、1939年5-9月にはノモンハン事件でBT-7やT-26などと共に主力として投入された。平原ではその機動力を存分に発揮でき、火力でも日本陸軍戦車を圧倒できたはずであるが、乗員の熟練度において日本側に劣っており、意外に苦戦している。やはり装甲防御力は不足しており、九四式37mm速射砲や75mm野砲によって容易に撃破されてしまった。なお、旧来の日本側の戦記で描かれたように、多くが火炎瓶攻撃で撃破されたというのは誤りで、ほとんどは砲撃により損傷し行動不能となったところで、再使用できないように止めとして放火されたケースであった。また、火炎瓶除けとして金網カバーが増設されたと、日本語の資料にはよく書かれていたが、前述のように試作時からの標準的な装備である。この戦闘におけるBT-5の損害は日本側をはるかに上回る甚大なもので、通常型127両、指揮官型20両が全損、または工場での修理が必要な損傷を受け後送され、これは、失った装甲車両全体の37%をも占める割合であった。これ以外に野戦修理が必要な程度の損傷車両もあったが、正確な数字は不明である。9月のポーランド侵攻には、BT-2やBT-7、T-26などと共に参加している。続いて11月からのフィンランドに対する冬戦争にも投入されたが、滑り止めのパターンの無い履帯が雪中での行動に向かず、機動性が著しく低下し活躍できなかった。やはりボフォース 37mm対戦車砲などにより撃破され、一部はフィンランド軍に鹵獲使用された。1941年のドイツによる侵攻を迎え撃った時、既に旧式化していたBTシリーズは、装甲の弱さが改善されていないこともあり、容易に撃破され、急速に消耗した。BT-5を鹵獲したドイツ軍は、後方警備用など二線級任務に使用している。1942年になっても一部は使用が続けられていたが、多くの部隊ではT-34によって更新され、生き残りのBTシリーズは満州国境方面に回され、1945年の満州侵攻にはBT-5も1個大隊が参加している。
太平洋戦争では同型艦である「皐月」、「水無月」、「文月」と共に引続き第22駆逐隊を編成し、第五水雷戦隊（司令官原顕三郎少将：旗艦「名取」）に所属した。緒戦の南方作戦におけるフィリピン攻略戦、蘭印作戦にともなうジャワ島攻略戦、バタビア沖海戦などに参加する。3月下旬、第22駆逐隊は陸軍第十六軍のジャワ第二次輸送任務終了後、主隊（第十六戦隊《名取、長良》）への合流とクリスマス島への進出を命じられた（クリスマス島攻略作戦）。3月31日、第十六戦隊指揮下で占領作戦に従事していた第四水雷戦隊（司令官西村祥治少将）の軽巡「那珂」が米潜水艦の雷撃で大破。第22駆逐隊第2小隊（長月、水無月）は「名取、夏雲、峯雲、天津風」と共に退避する「那珂」救援におもむき、同艦を護衛した。1942年（昭和17年）4月10日に第一海上護衛総隊に編入され、南西方面で船団護衛に従事した。12月10日、第22駆逐隊は解隊された。その後「長月、皐月、文月」は南東方面部隊の下令により1943年（昭和18年）1月20日附で第八艦隊・外南洋部隊に編入。同月末からのガダルカナル島撤収作戦（ケ号作戦）に参加した。第1回作戦（参加駆逐艦：巻波、舞風、江風、黒潮、白雪、文月、皐月、長月、風雲、巻雲、夕雲、秋雲、谷風、浦風、浜風、磯風、時津風、雪風、大潮、荒潮）では、駆逐艦「巻波」が中破したため旗艦を「白雪」に変更して作戦を続行（巻波は文月が曳航退避）、他に駆逐艦「巻雲」が機雷によって沈没したが、撤退作戦は成功した。警戒隊として参加した「長月、皐月」は昼間対空戦闘を実施、夜間泊地警戒中には米軍魚雷艇と交戦した。2月4日、日本海軍は喪失した「巻雲」と損傷した「巻波」の代艦として駆逐艦「朝雲、五月雨」を増強。「川内、巻波、夕霧」を支援隊として第2回撤収作戦を実施する。午後2時、「舞風」は米軍機の攻撃を受け、至近弾により航行不能となる。「長月」は艦首破損の「舞風」を後ろ向きに曳航し、ショートランド泊地に避退した。2月7日の第3回作戦も第2回作戦とほぼ同兵力で実施され、途中「磯風」が爆撃により中破。救援の為にまた「長月」が派遣された。だが「磯風」は途中で自力航行可能となったため「江風」と共に避退、「長月」の「磯風」救援は取りやめとなった。いままで警戒隊としての参加だった「長月」は第三次撤収作戦で輸送隊となり、ガダルカナル島で陸兵を収容、無事に帰投した。