1967年9月开始，有4架轰-5被改装为核武器载机，改型被称为轰-5甲。1968年，不知出于什么原因考虑，又为空军补充了2架轰-5甲。与原版轰-5对比，轰-5甲换用了更低可视度、反射核辐射的灰白色涂装，优化了内部弹仓结构使之能够运载单枚空投核弹。座舱气密性增强，轰-5甲能够在核爆炸后的恶劣环境下活动。1973年，轰-5甲成功完成了空投核弹试验任务。
紧接着，轰侦-5、轰教-5、轰电-5等在轰-5基础上改进而来的辅助机型迅速登场，让人民空军在轰5定型不到10年内，以该型战术轰炸机作为平台，建立了相对来说比较完善的中型侦察机、轰炸教练机和中型电子战机机队。
海军航空兵也装备了35架用于空投航空鱼雷的轰-5鱼雷型，另外装备了一百多架经过改装的伊尔-28，这让海军航空兵的反舰能力得到大幅提升。在1985年轰-6D正式定型以前，这批轰-5是海军航空兵唯一的反舰武器载机。
少见的轰教-5
1956年，中国停止引进伊尔-28，1984年，轰-5正式停产，让位于轰-6。2009年，最后一批轰-5退出人民空军轰炸机现役战斗序列，成为了历史。它是中国史上第一款国产轰炸机，守护了数十年中国的海空疆域，立下了汗马功劳。
