東風-5號導彈的研制并不順利，與“八年四彈”計劃中1972年完成東風-5研制的樂觀不同，由于國內薄弱的技術積累和“文革”對航天工業的嚴重破壞，1971年9月10日，第一枚遙測彈才進行首次試飛，隨后該型導彈的過程更是充滿坎坷：第二枚遙測彈在1972年和1973年兩次推上發射臺，卻在第二次發射時因為質量問題導致43秒后失控自毀；第三枚導彈用于發射中國第一顆返回式衛星，結果也在發射20秒后因為一根導線斷裂而墜毀。此后東風-5的研制方大力加強了對產品質量的整理整頓，才使得剩下的3枚01批次的長征-2號火箭全部發射成功。
借助在研制發射長征-2號運載火箭中積累的種經驗，東風-5導彈的基本設計很快進行了10項重大改進。改進后的02批次東風-5導彈迅速開始進行研制生產，并在1978年至1979年間進行了多次不同彈道的試射，02批的東風-5導彈不僅解決了此前導彈不穩定的技術狀態，還通過改變發動機關機方式和給箭體減重的方式，將東風-5的理論射程提升到10000公里，使其從遠程導彈升級為洲際導彈。1980年，按照這一射程制造的東風-5號導彈進行了第一次全射程試射，標志著中國具備了洲際導彈發射能力。
在這以后，東風-5號宣布定型，開始以緩慢的速度投產裝備部隊，而研制單位的工作重心也轉到了進一步改進的長征-2號丙型運載火箭上來。在隨后多年的研制過程中，長征-2號丙通過改進發動機、減重、使用新的導航系統等手段，在上世紀80年代末期將火箭的運載能力從1800kg提高的2400kg——對于一種洲際導彈出身的火箭而言，這也意味著洲際導彈射程可以獲得增加。但出乎外界的意料，中國并沒有很快研制東風-5的改進型，連東風-5基本型的生產也異常緩慢——1989年，中國總共只有4枚能夠作戰的東風-5洲際導彈，1993年，這一數量增加到了8枚——盡管這是美蘇之外唯一自行研制的洲際導彈，但這個數量確實缺乏足夠的威懾力。
這主要是因為中國認定固體燃料導彈將成為未來武器的發展主流，加上本國固體燃料技術獲得了一些突破，因此義無反顧地投入到固體燃料遠程導彈（也就是后來的東風-31）的研制上來。為了集中資源，中國甚至取消了原計劃研制的新一代機動式液體燃料洲際導彈計劃（最終產品可能類似于朝鮮的KN-08）。至于使用第一代可儲燃料的東風-5，則被認為技術落后而不被軍方看好。不過冷戰結束后，中國來自美國的戰略壓力大大增加，東風-31又無法迅速服役，在這樣的情況下，東風-5的改進型方案東風-5A才得以提上日程。
得益于長征2C的技術基礎和軍隊經商獲得的經費支持，東風-5A僅用數千萬經費、2發測試彈就完成定型，不僅將射程增加到13000公里，還能攜帶誘餌等設備，增加了導彈的突防能力。這一型號后來成了中國洲際彈道導彈的主力，也是20世紀90年代中期以后外媒所謂“20枚打到美國本土的洲際導彈”的真身。