СМ-И был получен путем переделки Lim-5 №1С 10-30. Кроме указанных выше изменений, в машину внесли и некоторые другие. В частности, антенны радиовысотомера РВ-2 перенесли с крыла на нижнюю поверхность фюзеляжа и закрыли обтекателями. 2 июля 1959 г. машина поступила на испытания, которые проводились в Поморском военном округе. В отчете по их результатам отмечалось, что «… шасси выдержало экзамен и может быть допущено к эксплуатации,… применение сдвоенных колес позволяет полностью отказаться от эксплуатации самолетов данного типа на бетонных и асфальтовых аэродромах».
По результатам летных испытаний конструкцию СМ-П доработали, и с 1960 г. внедрили в серийное производство, где он получил обозначение Lim-5M (заводской шифр «1F»), 30 ноября со стапелей в Мельце сошел первый серийный модернизированный истребитель (заводской № 1F 01-01). Все Lim-5M оснащались баками-обтекателями с обшивкой из толстостенного пластика, которые имели общую емкость 475 л. Под крылом можно было подвешивать два 8-, 15- или 24-зарядных блока НАР типа С-5. Согласно инструкции по эксплуатации длина разбега с применением форсажа составляла 710-770 м (в зависимости от покрытия ВПП), а при включении стартовых ускорителей сокращалась до 350-370 м. Пробег составлял 1140 м, а при использовании тормозного парашюта – не более 670 м.
Lim-5M стали поступать в части ВВС и авиации ВМФ Польши, где встретили весьма прохладное отношение. ЛТХ самолета существенно ухудшились из-за возросшей полетной массы и дополнительного аэродинамического сопротивления баков-обтекателей. Главное – расход горючего увеличился, из-за чего радиус действия самолета так и не возрос. К тому же выработка топлива из дополнительных емкостей влияла на центровку машины. Поэтому 10 мая 1961 г. после выпуска 60-го экземпляра производство Lim-5M свернули.
На базе Lim-5M разрабатывались несколько модификаций, однако они остались только на бумаге. Так, в июне 1960 г. был подготовлен проект фоторазведчика Lim-5MR, который имел три варианта целевого оборудования. На законцовках крыла предполагалось установить контейнеры для фотокамер АФА-39 или АФА-БА-40Р, или АФА-БАФ-21С и АФПН-21, при этом размах крыла увеличивался до 10,58 м.
Во время серийного производства Lim-5M на летающей лаборатории СМ 16-01 отрабатывались решения по улучшению самолета. Для повышения эффективности торможения в основании киля установили систему с двумя размещенными рядом контейнерами тормозных парашютов, которые выпускались одновременно, правый – на длинном фале, левый – на коротком. Программу испытаний самолета в такой конфигурации провели в 1960 г. В октябре на первом прототипе Lim-5M испытали одноку-польную тормозную систему, установленную аналогичным образом. Впоследствии именно такое решение было внедрено на очередной модификации машины.
