W dniu 18 września 1968 roku Zond 5 okrążył Księżyc, zbliżając się do niego na odległość zaledwie 1950 km i wykonując jego badanie z bliskiej odległości. Następnie skierował się w kierunku Ziemi niemal dokładnie po planowanej trajektorii, tak, że dopiero w odległości 143 000 km od Ziemi wykonano korektę kierunku lotu lądownika zapewniającą wlot aparatu w korytarz wtargnięcia (35–45 km według wysokości umownego perygeum). Z odległości 90 000 km została sfotografowana Ziemia.
Część lądująca była wyposażona w komorę z podstawowymi przyrządami (łączności radiowej, telemetrycznymi, orientacji, stabilizacji, zasilania, termoregulacji i silnikami korekcyjnymi). Poza tym znajdował się tam układ sterowania opadaniem, układ spadochronowy oraz zasilanie urządzeń z baterii słonecznych odsłanianych podczas lotu. Lądownik (miał odpowiedni kształt aerodynamiczny i specjalną osłonę ablacyjną) wtargnął w atmosferę Ziemi o godzinie 16:54 czasu warszawskiego. Po szybkim wytraceniu prędkości kosmicznej lądownik opadał z umiarkowaną prędkością, równą na wysokości 7 km około 200 m/s. Na tej wysokości otworzyły się spadochrony i lądownik dokonał łagodnego wodowania na Oceanie Indyjskim w miejscu o współrzędnych geograficznych 65°33′E i 32°38′S.