东风-5号导弹的研制并不顺利，与“八年四弹”计划中1972年完成东风-5研制的乐观不同，由于国内薄弱的技术积累和“文革”对航天工业的严重破坏，1971年9月10日，第一枚遥测弹才进行首次试飞，随后该型导弹的过程更是充满坎坷：第二枚遥测弹在1972年和1973年两次推上发射台，却在第二次发射时因为质量问题导致43秒后失控自毁；第三枚导弹用于发射中国第一颗返回式卫星，结果也在发射20秒后因为一根导线断裂而坠毁。此后东风-5的研制方大力加强了对产品质量的整理整顿，才使得剩下的3枚01批次的长征-2号火箭全部发射成功。
借助在研制发射长征-2号运载火箭中积累的种经验，东风-5导弹的基本设计很快进行了10项重大改进。改进后的02批次东风-5导弹迅速开始进行研制生产，并在1978年至1979年间进行了多次不同弹道的试射，02批的东风-5导弹不仅解决了此前导弹不稳定的技术状态，还通过改变发动机关机方式和给箭体减重的方式，将东风-5的理论射程提升到10000公里，使其从远程导弹升级为洲际导弹。1980年，按照这一射程制造的东风-5号导弹进行了第一次全射程试射，标志着中国具备了洲际导弹发射能力。
在这以后，东风-5号宣布定型，开始以缓慢的速度投产装备部队，而研制单位的工作重心也转到了进一步改进的长征-2号丙型运载火箭上来。在随后多年的研制过程中，长征-2号丙通过改进发动机、减重、使用新的导航系统等手段，在上世纪80年代末期将火箭的运载能力从1800kg提高的2400kg——对于一种洲际导弹出身的火箭而言，这也意味着洲际导弹射程可以获得增加。但出乎外界的意料，中国并没有很快研制东风-5的改进型，连东风-5基本型的生产也异常缓慢——1989年，中国总共只有4枚能够作战的东风-5洲际导弹，1993年，这一数量增加到了8枚——尽管这是美苏之外唯一自行研制的洲际导弹，但这个数量确实缺乏足够的威慑力。
这主要是因为中国认定固体燃料导弹将成为未来武器的发展主流，加上本国固体燃料技术获得了一些突破，因此义无反顾地投入到固体燃料远程导弹（也就是后来的东风-31）的研制上来。为了集中资源，中国甚至取消了原计划研制的新一代机动式液体燃料洲际导弹计划（最终产品可能类似于朝鲜的KN-08）。至于使用第一代可储燃料的东风-5，则被认为技术落后而不被军方看好。不过冷战结束后，中国来自美国的战略压力大大增加，东风-31又无法迅速服役，在这样的情况下，东风-5的改进型方案东风-5A才得以提上日程。
得益于长征2C的技术基础和军队经商获得的经费支持，东风-5A仅用数千万经费、2发测试弹就完成定型，不仅将射程增加到13000公里，还能携带诱饵等设备，增加了导弹的突防能力。这一型号后来成了中国洲际弹道导弹的主力，也是20世纪90年代中期以后外媒所谓“20枚打到美国本土的洲际导弹”的真身。