直5的原型機是從蘇方批量引進的米-4直升機，米-4是米里設計局研製的蘇聯第一代軍用運輸直升機，1952年6月米-4試驗型ВД-12開始試飛。米-4可載12-16名空降兵，機身下方裝有一挺旋轉式機槍的吊艙。於1953-1966年投入批量生產。共生產3240架。
1958年2月，按照蘇聯提供的米-4直升機全套設計圖紙和技術資料到達，哈爾濱飛機製造廠(122廠，今天的哈爾濱飛機工業公司)、哈爾濱東安發動機廠(120廠，今天的哈爾濱東安發動機公司)分別開始仿製工作。1958年12月14日，仿製的米-4直升機(我國當時命名為旋風25)在試飛員錢廣有、劉星祥的駕駛下首次試飛， 從開始試製到首飛前後只花了10個月時間。年底完成靜力試驗。1959年初，經國家鑑定委員會鑑定驗收，並投入了了成批生產。
由於當時處於「大躍進」時期，在航空工業中出現了嚴重的「高指標」、「瞎指揮」現象。原定直-5直升機要在1959年國慶節前試製成功，以後不斷提前進度，最後確定1958年底試製成功。為了實現這個目標，在1958年8月召開的航空工業技術會議上，大力推廣了殲教-1噴氣式教練機快速試製的經驗。在當時大躍進「左」的思想的指導下，直-5直升機在試製中出現了嚴重的問題。
在直-5米-4直升機仿製工作中對工藝資料和工藝規程沒有給予重視，蘇聯技術資料到廠之後，也不組織學習和複查。自編的工藝資料十分粗糙，錯誤百出。有些工藝規程過分簡化，只有工序沒有有工步。直-5直升機的自編工藝資料約有50%存在問題，旋翼大梁鉚接用的鋼鉚釘必須經過熱處理，工藝規程卻漏掉了，造成抗剪強度不夠。蘇聯技術資料規定密封式滾珠軸承不允許在航空工廠油封，自編的工藝規程卻規定用炮油油封，而在實際執行中炮油也被汽油洗掉了，結果全部軸承需要更換，造成成批飛機返修。
直-5直升機試製尚未過關，就倉促決定大批投產。直-5飛機的試製、投產卻完全違背了新機試製到生產定型階段的規律。試製階段粗製濫造，湊合過關。未經大量的試驗和試飛，確認飛機的性能和質量達到設計要求就決定大批投產。1958年底，一機部就決定1959年直-5直升投產上百架。
由於不按照科學規律辦事，從1959～1961年的三年中生產的直-5直升機及其發動機沒有一架(台)是合格的，大批直升機積壓在廠，不但造成巨額浪費，還耽誤了裝備部隊的時間。哈爾濱飛機製造廠、哈爾濱東安發動機廠完成生產作為國禮給越南胡志明的直升機的任務時，為了更保險起見，使用蘇聯零件和國產零件混裝了一架直-5直升機，飛到南寧後由於國產零件質量問題，飛機故障嚴重。無法出國交付，嚴重影響了我國的聲譽。
針對這種嚴重情況，1960年8月國防工業委員會發出關於整頓產品質量問題的通知，11月國防工業委員會主任賀龍視察哈爾濱飛機製造廠和哈爾濱東安發動機廠，決定工廠馬上停產，開展質量整風。要求「要原原本本的按蘇聯圖紙從頭開始，從新試製，不要修修補補，搞改良主義，要下決心一刀兩斷。」據此，一機部和航空工業局決定哈爾濱飛機製造廠和哈爾濱東安發動機廠從新試製直-5直升機及其發動機。
經過三年多的努力，1963年7月第一架優質直-5直升機總裝完畢，交付地面試驗和空中試飛。1963年8月20日第一架優質直-5直升機首飛，從8月20日到9月18日，共飛行了16個起落、20小時41分鐘。1963年9月21日經國家航空產品鑑定委員會鑑定驗收，直-5直升機正式開始批生產。同時 ，哈爾濱東安發動機廠仿製的蘇聯АШ-82В氣冷星形14缸活塞式發動機(我國命名為活塞-7)也於1963年12月25日優質過關，1964年投入批生產。
直-5直升機的優質過關對於我國航空工業的發展具有重大意義，標誌著我國真正學會了試製比較複雜的航空產品的能力。
直-5採用1台活塞-7氣冷星形14缸發動機，功率1770馬力(1250千瓦)。主螺旋槳直徑21米，長為16.8米，高為4.4米。起落架為固定四點式，前起落架橫向輪距1.53米，主起落架輪3.82米、前主輪距3.79米。機艙體積達16立方米，一個側艙門，一個蚌式後艙門。一次可運載11名全副武裝的士兵，或8個傷員擔架和1名醫務人員。發動機艙位於機頭，通過傳動軸驅動機艙頂部的主旋翼和尾部的尾槳。駕駛艙位於機頭前上部，兩人機組，兩人均可獨立完成飛行*縱。可裝載1.2噸貨物，吊運時可運載1.35噸。
直-5的機艙內可裝卸北京212A吉普，該吉普常用於作為78式82毫米無座力炮的載車，為空降兵提供火力支援。更大威力的是75式105mm無坐力炮，於1964年研製，可摧毀主戰坦克、裝甲車輛和堅固野戰工事等，1975年設計定型。火炮由炮身和炮架兩部分組成。採用了高、低壓發射原理和炮口制退器與縮小噴口相結合的方法。仍由北京-212A輕型越野車攜帶。初速(破甲彈)503米/秒，最大射程(殺傷爆破榴彈)7400米，有效射程(破甲彈)1100米；直射距離(破甲彈)580米，射速5～6發/分，炮身長3409毫米。
直-5基本數據
外形數據
旋翼直徑 21米
旋翼槳盤面積 346米2
尾槳直徑 3.6米
機長(旋翼和尾槳轉動) 20.015米
機身長(不含旋翼和尾槳) 16.79米
機高(總重7250千克、旋翼軸處) 4.4米
機身最大寬度 2米
前起落架橫向輪距 1.53米
主起落架橫向輪距 3.82米
前後輪距 3.79米
後艙門(高×寬) 1.6米×1.86米
重量數據
空機重量 5121千克
最大起飛重量 7600千克
正常起飛重量 7250千克
燃油重量 1110千克
最大商載 1000千克
性能數據(標準大氣、正常起飛重量)
最大平飛速度(高度0～1000米) 210公里/小時
巡航速度 160～180公里/小時
最大爬升率 4.3米/秒
動升限 6000米
懸停高度(有地效) 2000米
最大航程(標準油箱) 520公里
續航時間(標準油箱) 3小時40分
直-5批生產過程中進行了一系列的的改進工作，主要的改進有：
1.提高了旋翼的使用壽命和全機的飛行性能，1963年開始試驗用金屬旋翼槳葉代替了原蘇聯的鋼樑木結構旋翼槳葉，1966年6月22日，自製的金屬旋翼裝機試飛。同時在旋翼大梁內充
高壓氮氣，並裝有壓力信號器，能及時發現旋翼大梁裂紋，大大延長了直升機和旋翼的翻修壽命。直-5的尾槳在1966年後也改為玻璃鋼製造。
2.將燃油箱改為薄壁軟油箱，將座艙內活動副油箱改為機身兩側外掛副油箱，增加了座艙的有效空間。
3.在機身地板下增加了一個650毫米×900毫米的大艙口，便於吊升或投放貨物，同時將手遙絞車改為電動絞車。
4.將3千瓦發電機改為6千瓦發電機。
5.將固定式氧氣設備改為活動式氧氣設備，減少了飛機的結構重量。
6.改進了總距-油門把手，，可保證在1500米高原上正常起飛。
通過一系列改進後，直-5最大平飛速度由原准機的185公里/小時提高到210公里/小時，巡航速度由140公里/小時提高到170公里/小時，動升限由5500米提高到6000米。
直-5是一種多用途直升機，可用於空降、運輸、救護、水面救生、地質勘探、護林防火和邊境巡邏等。可以晝夜複雜條件下飛行。可運11名全副武裝的傘兵(超載可運15名)。可載1200千克裝備或貨物(超載1550千克)。救護 時可運8名擔架傷員和1名醫護人員。直升機外部可吊運1350千克貨物。