«Зонд-5» запущен 15.9.1968 года и 18 сентября облетел Луну при минимальном расстоянии от ее поверхности 1960 км. При подлете к Земле проведена коррекция траектории, обеспечившая попадание КА в заданный коридор входа (35 – 45 км по высоте условного перигея). Задача возвращения любого космического аппарата из межпланетного полета технически исключительно сложная. Основная трудность – погасить вторую космическую скорость. Чтобы добиться плавности (минуя большие перегрузки) да еще совершить посадку в заданном районе, космический аппарат должен войти в строго определенную область верхней атмосферы Земли. Ширина этой области для «Зонда-5» не превышала 13 км. Это все равно что попасть из артиллерийского орудия с расстояния 25 км в трубу диаметром 1 м, причем снаряд должен пролететь сквозь трубу, не задев стенок.
«Зонд-5» должен был строго выдержать угол вхождения в атмосферу. В пределах 5-6 градусов к плоскости местного горизонта. Если угол будет больше, то станция рискует сгореть в атмосфере из-за резкого торможения. С другой стороны при слишком пологом входе станция может проскочить мимо Земли и уйти в межпланетное пространство.
21 сентября СА вошел в атмосферу Земли со второй космической скоростью и приводнился в 19 часов 8 минут в акватории Индийского океана. Спуск проходил по баллистической траектории; парашюты открылись на высоте  ~ 7 км; 22 сентября КА поднят на борт советского корабля поисково-спасательной службы «Боровичи». В этом полете впервые в мире КА с живыми существами – черепахами – выполнил облет Луны со второй космической скоростью и возвратился на Землю.
«Зонд-5» доставил бесценный груз – аппаратуру с записями научных измерений и отснятой фотопленкой. Это была принципиально новая станция. В реальных условиях было проверено новое теплозащитное покрытие спускаемого аппарата, способное выдерживать температуру до 13 тыс. градусов.
Конструкция аналогична «Зонду-4». 

Общее описание автоматической межпланетной станции “Зонд”