Заложена 1932 году на стапеле завода № 200 (по другим данным на заводе № 198) в Николаеве под строительным номером 245. 29 октября 1933 года подводная лодка спущена на воду. 25 января 1934 года субмарина отправлена по железной дороге во Владивосток, куда прибыла в апреле 1934 года. 6 июня 1934 года корабль вошел в состав Морских сил Дальнего Востока. Первым командиром «М-5» назначен Зайдулин Измаил Матигулович.

    9 августа 1945 года «М-5» встретила под командованием старшего лейтенанта Пивоварова Петра Павловича в составе 10-го дивизиона 3-й бригады ПЛ ТОФа. С началом боевых действий против Японии подводная лодка вышла в море для прикрытия минных постановок в Татарском проливе, но противника не встретила. Вернувшись в базу, 1 сентября 1945 года субмарина доставила из Советской Гавани в Отомари (южный Сахалин) топливо и масло для советских кораблей.

    28 ноября 1950 года «М-5» выведена из боевого состава и законсервирована, а 18 января 1951 года корабль исключен из состава ВМФ СССР и сдан на разборку.