Z powodu dużych strat poniesionych w początkowym okresie wojny, 1 września 1942 było ich w armii 4678 (około połowy wyprodukowanych).
Ciągniki te przede wszystkim były używane do holowania armat polowych kalibru 76,2 mm, haubic 122 mm i 152 mm oraz armat przeciwlotniczych 76,2 mm i 85 mm. Niektóre maszyny posłużyły jako podstawa do montowania wyrzutni pocisków rakietowych BM-13 Katiusza, a w rejonie Odessy budowano na ich bazie improwizowane czołgi NI (Na ispug), uzbrojone w karabiny maszynowe. Po II wojnie światowej pozostałe ciągniki zostały wycofane z wojska, natomiast do lat 50. służyły w gospodarce narodowej.
Wiele ciągników STZ-5 zostało zdobytych przez Niemców podczas wojny, zwłaszcza w 1941 roku. Zdobyte ciągniki były używane przez wojsko niemieckie, głównie do zastosowań tyłowych. W niemieckiej nomenklaturze otrzymały oficjalne oznaczenie CT3 – 601(r), wynikające z błędnego odczytania oznaczenia ciągnika STZ zapisanego w cyrylicy (СТЗ – litery С nie transkrybowano na S, ale zapisano jako łacińskie C, a literę З zapisano jako cyfrę 3)P. N. Siergiejew: Gusjenicznyje tjagaczi Krasnoj Armii. Czast 1, Wojennyje maszyny nr 74. Kirow: 2004. Ss.11-18 .