Во второй половине 1933 года ХПЗ перешел с выпуска БТ-2 на выпуск БТ-5. БТ-5 первых серий был по сути тем же БТ-2, но с новой башней, в которой установили 45-мм танковую пушку 20K обр. 1932/38 и спаренный с нею пулемет ДТ. Башня стала двухместной, а экипаж увеличился до 3 чел. Сама конструкция танка существенных изменений не претерпела. Масса БТ-5 возросла до 11,5 тон. Боекомплект пушки состоял из 115 выстрелов на танках без радиостанции, и 72 выстрелов - с радиостанцией. Радиостанция 71-ТК-1 имела поручневую антену вокруг башни. В 1933-34 годах было
выпущено 1884 танка БТ-5.
В ходе выпуска на танке немного изменили форму башни, поставили более легкие катки и сетку ограждения над воздуховодом. Впрочем и сетку и катки стали устанавливать на ранее выпущенные БТ-2, проходившие модернизацию.

Боевое крещение БТ-5 получили в Испании, куда они были поставлены в 1937 году (от 50 до 100 машин). Также танки БТ-5 применялись в мае-августе 1939 года в ходе конфликта у реки Халхин-Гол в составе 6-й и 11-й танковых бригад, в освободительном походе на Западную Украину и Белоруссию, в Зимней войне, в начальном периоде Великой Отечественной войны.

На базе танка БТ-5 строилось большое количество эксперементальных машин. Мостоукладчики, танки подводного хода, плавающие танки, телетанки (радиоуправляемые танки), химические танки, танки с дизельным двигателем и т.д. Танк БТ-5 послужил основой для создания танков БТ-7.

Легкий колесно-гусеничный танк БТ-5 по своей компоновочной схеме полностью повторял своего предшественника — танк БТ-2, но конструктивно отличался от него установкой более мощного вооружения, карбюраторного двигателя М-5 и связанными с этим незначительными изменениями корпуса и башни, а также некоторыми изменениями отдельных элементов гусеничного движителя. В связи с новыми конструктивными изменениями боевая масса машины возросла до 11,6 т, а к концу производства после внесения ряда усовершенствований она достигла 11,9 т. Отделение управления изменений не претерпело, за исключением установки справа от механика-водителя двух огнетушителей — переносного и стационарного. В боевом отделении в новой башне, имевшей по сравнению с башней танка БТ-2 большие размеры, вместе с командиром танка стал размещаться третий член экипажа — заряжающий-пулеметчик. Командир машины, который одновременно выполнял и роль наводчика, размещался слева от орудия, а заряжающий — справа. В нише башни для танков, оснащаемых радиостанцией, было предусмотрено место для ее установки. В моторном отделении, в отличие от танка БТ-2, вместо одной были установлены две аккумуляторные батареи.

По сравнению с БТ-2 бронирование танка БТ-5, за исключением крышки люка механика-водителя, не изменилось. Корпус и башня изготавливались из броневых катаных листов толщиной 6, 10, 13 и 15 мм. Лобовой щиток механика-водителя имел толщину 20 мм, а литая носовая отливка имела толщину лобовой части 40 мм, нижней — 30 мм. В крышке люка механика-водителя за смотровой щелью был установлен смотровой прибор — пуленепробиваемое стекло, заключенное в специальную обойму и рамку. При замене поврежденного стекла в боевых условиях смотровая щель закрывалась броневой заслонкой. В верхней части крышки люка механика-водителя была приварена накладка для защиты щитка водителя от свинцовых брызг. Кроме того, люк механика-водителя был снабжен резиновыми уплотнениями, а верхний наклонный лобовой лист для упрощения производства был выполнен составным из трех частей: нижней и двух боковых. Арка над механиком-водителем в связи с установкой радиостанции была урезана. Для сохранения жесткости корпуса в этом месте устанавливались специальные короба, закрепленные вне боевого отделения и образующие таким образом рубку механика-водителя. Наружные бортовые бронированные листы корпуса танка состояли из двух частей и соединялись между собой снаружи с помощью броневой накладки на заклепках. Для лучшего уплотнения корпуса между внутренними бортовыми листам, угольниками и днищем в местах их соединения были проложены плотняные прокладки на сурике.

Для предохранения трансмиссионного отделения от попадания в него посторонних предметов и грязи над жалюзи была установлена защитная проволочная сетка. Для доступа к жалюзи при проведении технического обслуживания сетка откидывалась на петлях, а во время движения крепилась к заднему листу крыши двумя болтами. Между пятыми и шестыми подкосами во внутренних бортовых листах были сделаны отверстия для выхода воздуха от вентилятора при закрытых жалюзи. В задней части надгусеничных полок были прикреплены грязевые щитки, защищавшие от забрасывания грязи с гусениц на корпус танка при движении. Они были отштампованы из 3-мм конструкционной стали и крепились к полкам и фланцу бортовых редукторов с помощью сварки. В передней части надгусеничных полок крепились съемные грязевые щитки — "крылья", предохранявшие лицо механика-водителя от забрасывания песком и грязью при открытом люке. Они также были отштампованы из 3-мм конструкционной стали и крепились к полкам с помощью петель, а к передней трубе — с помощью болтов. При движении по лесу или крупному кустарнику эти щитки предписывалось снимать с машины.

Крыша над боевым отделением в целях упрощения производства состояла из четырех фасонных листов. Передний лист одновременно являлся крышей рубки механика-водителя и приваривался к боковым листам рубки. Два боковых листа приваривались к верхнему наклонному листу носа и угольникам бортовых листов, а также двумя болтами крепились к угольникам перегородки. Каждый лист имел 12 отверстий для крепления погона башни. Задний лист крепился семью болтами к верхнему угольнику перегородки. Все четыре листа своею внутренней кромкой образовывали круглый вырез. К ним крепился болтами нижний погон башни. Вследствие увеличения диаметра отверстия в крыше под башней была несколько изменена перегородка между моторным и боевым отделениями - она была выгнута и изменена в деталях. Новая бронированная башня увеличенных размеров устанавливалась на шариковом погоне и имела клепаный (цилиндрическая) или сварной (эллиптическая) корпус, состоящий из двух листов, соединенных между собой с помощью накладок. В переднем листе было вырезано прямоугольное отверстие для спаренной установки пушки и пулемета, по бокам располагались две смотровые щели со стеклоблоками и два круглых отверстия для стрельбы из револьвера, закрывавшихся броневыми пробками.

На 230 машинах первого выпуска в заднем листе цилиндрической башни было вырезано прямоугольное отверстие, закрывавшееся снаружи патронным (снарядным) ящиком трапециевидной формы, который одновременно выполнял роль противовеса спаренной установки вооружения и крепился к башне с помощью заклепок. На остальных машинах ящик был заменен овальной (эллиптической) кормовой нишей. В кормовой части башни имелся прямоугольный люк для доступа внутрь ниши, который закрывался запирающейся снаружи крышкой люка на петлях. В крышке люка имелось отверстие для стрельбы из револьвера, закрывавшееся броневой пробкой. Крыша башни состояла из двух листов, один из которых располагался над цилиндрической частью башни, а другой накрывал ее кормовую нишу. В крыше башни располагались два люка для посадки и выхода экипажа (в цилиндрической башне со снарядным ящиком имелся лишь один люк). Над казенной частью пушки располагалось вентиляционное отверстие. Отверстие для перископа находилось в левой части крыши башни, а отверстие для сигнализации — в правой. Кроме того, на крыше башни имелись три кольца (рыма) для демонтажа и монтажа башни, а также два отверстия для прохода тяг, поддерживающих кронштейн подъемного механизма пушки. Полная масса башни с вооружением и боеприпасами достигала 1100 кг, а масса спаренной установки (качающейся части) — 220-250 кг.