В конце 1932 года начался выпуск колесно-гусеничного танка БТ-5. Первоначально танк оснащался башней от БТ-2. Бронеплиты соединялись заклепками, лишь ниша башни имела сварную конструкцию. На танк установили новую 45-мм пушку образца 1932 года с сопряженным 7,62-мм пулеметом ДТ. Пушка, которую также ставили на танк Т-26 образца 1933 года, имела эффективную дальность стрельбы 4800 м.

Начальная скорость снаряда массой 1,43 кг составляла 760 м/с. С дистанции 100 м снаряд пробивал броню толщиной 42 мм. Фугасный снаряд весил два килограмма. Танк оснащался прицелом ТОП с двойным увеличением и полем зрения 15 градусов, а также панорамным прицелом ПТК, выведенным через крышу башни. На крыше также помещались два люка (у БТ-2 лишь один люк на правой стороне). В 1933 году в ходе серийного выпуска на танк начали устанавливать новую башню с интегральной, а не привариваемой нишей. Боекомплект составлял 115 выстрелов к пушке и 2394 патрона к пулемету.

Командирский танк БТ-5ТУ образца 1934 года имел боекомплект, сокращенный до 72 выстрелов, чтобы освободить место для радиостанции. Командирский танк можно было легко опознать по поручневой антенне на башне.

Бронирование танка не усилили. Масса БТ-5 составила 11.5 тонн. Ходовую часть усилили, на машину установили советский авиационный двигатель М-5. Двигатель развивал мощность 350 л.с, что привело к падению удельной мощности до 30,4 л.с/т. Небольшое число танков БТ-5 вооружили 76,2-мм пушкой образца 1927/32 года с коротким стволом (16.5 калибров). Эта пушка посылала 6,2-кг фугасный снаряд на 7125 метров. Кроме пушки на танк устанавливался 7,62-мм пулемет ДТ. Задачей артиллерийских танков было двигаться в первом эшелоне, уничтожая обнаруженные цели огнем трехдюймовой пушки.

Кроме БТ-5 на базе колесно-гусеничного шасси в Советском Союзе было создано еще несколько образцов бронетехники. Это были саперный танк-укладчик фашин, танк-тральщик и танк-мостоукладчик. В марте 1935 года проходили испытания танка-мостоукладчика на базе БТ. Танк оснащался деревянным мостом. Позднее появился улучшенный вариант машины, оснащенный железным мостом и башней от танка Т-38.

Так как танки БТ должны были действовать в отрыве от основных сил, большое значение придавалось способности танка преодолевать водные преграды. В период с
1934 по 1936 год проходили первые испытания танков БТ-2 и БТ-5 на способность преодолевать водные преграды по дну. Танки оснащали шноркелем, наподобие Т-26ПХ. Шноркель позволял преодолевать водные преграды глубиной до 5 метров. Оснащенный таким образом танк получил обозначение Т-5ПХ. В 1935 году предприняли попытку превратить танк БТ-5 в плавающий танк. Наконец, в 1936 году танк в порядке эксперимента вооружили огнеметом. используя башню ОТ-133.

В середине 30-х появился танк БТ-ИС, созданный на базе танка БТ-5. Работу над танком возглавлял инженер Н.Ф. Цыганкович. Отличительной чертой ходовой части танка были три пары опорных колес, все из которых были приводными во время движения на колесах. В 1937 году изготовили пять таких машин. Они отличались по броне, расположенной под углом к вертикали. Такая конфигурация брони должна была повысить ее эффективность, а также провоцировать рикошеты. В ходе испытания в конструкцию БТ-ИС вносились дальнейшие улучшения. Броню усилили: ходовую часть завесили бронеэкраном, изменили форму башни.

Внимание всех мировых специалистов было приковано к «русскому скоростному танку типа Кристи» после того, как танки БТ приняли участие в крупномасштабных учениях Красной Армии в Киевском ВО. В числе прочего во время учений отрабатывались действия механизированного корпуса и кавалерийской дивизии по окружению и уничтожению сил противника. 1040 танков прошли 650 км в высоком темпе за кратчайшие сроки. Аналогичные учения годом спустя проводились в Белоруссии.

В апреле 1937 года Советский Союз отправил первые двадцать БТ-5 в Испанию. Всего с 1936 по 1939 год в Испанию было отправлено 64 колесно-гусеничных танков разных типов. В 1938 году националистам удалось захватить на Эбро шесть машин. В дальнейшем эти танки националисты использовали в составе своих танковых частей. Танки БТ-5 участвовали в боях с японцами на Хал-хин-Голе в июле 1939 года. В сентябре того же года танки БТ участвовали в войсковой операции по воссоединению Западной Украины и Белоруссии. Далее эти машины участвовали в финской кампании, а летом 1941 года - в боях с гитлеровцами.