Первая в мире стратегическая баллистическая ракета Р-5М до 1959 г. оставалась единственной в арсенале советских Вооруженных Сил. В ходе ее эксплуатации воинами-ракетчиками был накоплен опыт взаимодействия с офицерами воинских частей, эксплуатирующими головные части и ядерные заряды, которые требовали реализации особо строгих мер обеспечения безопасности и секретности. Вначале они функционировали в составе так называемых полевых специальных сборочных бригад, придаваемых каждому отельному инженерному дивизиону. К концу 1950-х гг. инженерные бригады преобразовали в инженерные полки (включавших по два инженерных дивизиона), которым придавались так называемые ремонтно-технические базы, объединившие бывшие полевые специальные сборочные бригады.
Работы по дальнейшему совершенствованию Р-5М продолжались и после 1956 г. В частности, проектировался вариант ракеты, обеспечивающий возможность проведения большинства операций предстартовой подготовки в горизонтальном положении. Но эти работы не получили развития – уже в июне 1957 г. начались летные испытания Р-12. Предпринимались меры и по повышению эффективности Р-5М. В рамках темы «Вибратор» по правительственным постановлениям от 15 ноября 1954 г., 20 июля 1955 г. и от 29 ноября 1957 г. разрабатывался первый отечественный радиолокационный взрыватель для головной части баллистической ракеты.
К концу десятилетия явно устарел первоначально примененный на Р-5М заряд – один из первенцев советского ядерного оружия. Партия и правительство дважды принимали постановления об оснащении Р-5М новыми зарядами. При явной бесперспективности Р-5М продолжению этих работ способствовала возможность ее унификации по головным частям с новой, перспективной Р-12. В вышедшей под редакцией генерал-майора Ю.А. Яшина книге «Меч и щит России» (стр. 123) указывается, что «мощность зарядов ракет Р-5М несколько раз менялась: были заряды в 300 кт, поступили термоядерные заряды мощностью 1 мт».
Тем не менее после массового развертывания ракет Р-12 требовавшие длительной предстартовой подготовки Р-5М утрачивали реальную значимость, хотя и оставались в составе дивизий, получивших новое оружие.
Но и традиционная бережливость постепенно обрела разумные пределы. Первыми весной 1963 г. были сняты с вооружения ракеты, размещенные в Крыму – это была своего рода компенсация в ответ на вывод американских ракет из Турции после Карибского кризиса. К 1965 г. в строю числилось уже только 28 пусковых установок Р-5М. Окончательное снятие Р-5М с вооружения прошло в 1967- 1968 гг. В это время в строй ежегодно вводились сотни шахтных пусковых установок межконтинентальных ракет нового поколения Р-36 и УР-100. В результате возник острый дефицит квалифицированных кадров. Опытные офицеры, много лет прослужившие на Р-5М, быстро переучились на новую технику. Старые ракеты «демобилизовали», при этом часть из них еще послужила Родине.