Pierwsza seryjna maszyna trafiła do bazy lotniczej w Charleston w Karolinie Południowej 6 czerwca 1970 roku, a kolejne do następnych baz sił powietrznych i Gwardii Narodowej.
W połowie lat 70. pojawił się problem ze zmęczeniowym pękaniem struktury skrzydeł, co doprowadziło do ograniczenia ładowności maszyn do 22 700 kg, a docelowo wymiany skrzydeł na znacznie wytrzymalsze zbudowane z nowo opracowanych stopów aluminium niedostępnych w chwili konstruowania pierwszych egzemplarzy C-5 Galaxy. W latach 1981–1986 objęto programem wymiany skrzydeł 77 samolotów C-5A, z których ostatni przebudowano w lipcu 1986 roku.
W styczniu 1986 roku rozpoczęto badania w locie unowocześnionej wersji C-5B Galaxy o wzmocnionej strukturze skrzydeł i unowocześnionej awionice. Łącznie wprowadzono ponad 100 usprawnień poprawiających zwrotność i niezawodność maszyny. Zbudowano 50 egzemplarzy tej wersji, z których ostatnie przekazano do służby w kwietniu 1989 roku.