1967年9月開始，有4架轟-5被改裝為核武器載機，改型被稱為轟-5甲。1968年，不知出于什么原因考慮，又為空軍補充了2架轟-5甲。與原版轟-5對比，轟-5甲換用了更低可視度、反射核輻射的灰白色涂裝，優化了內部彈倉結構使之能夠運載單枚空投核彈。座艙氣密性增強，轟-5甲能夠在核爆炸后的惡劣環境下活動。1973年，轟-5甲成功完成了空投核彈試驗任務。
緊接著，轟偵-5、轟教-5、轟電-5等在轟-5基礎上改進而來的輔助機型迅速登場，讓人民空軍在轟5定型不到10年內，以該型戰術轟炸機作為平臺，建立了相對來說比較完善的中型偵察機、轟炸教練機和中型電子戰機機隊。
海軍航空兵也裝備了35架用于空投航空魚雷的轟-5魚雷型，另外裝備了一百多架經過改裝的伊爾-28，這讓海軍航空兵的反艦能力得到大幅提升。在1985年轟-6D正式定型以前，這批轟-5是海軍航空兵唯一的反艦武器載機。
少見的轟教-5
1956年，中國停止引進伊爾-28，1984年，轟-5正式停產，讓位于轟-6。2009年，最后一批轟-5退出人民空軍轟炸機現役戰斗序列，成為了歷史。它是中國史上第一款國產轟炸機，守護了數十年中國的海空疆域，立下了汗馬功勞。
