Mengikut catatan pada 10 Mei 1965, kapal angkasa tersebut dikatakan telah berpusing berkali-kali pada paksi utama berikutan masalah apungan giroskop dalam I-100 unit sistem panduan. Ini menyebabkan percikan api berlaku pada enjin utama dan kegagalan operasi terjadi serta merta yang berpunca dari kerosakan pada kawalan pendaratan pesawat.Akhirnya, pendaratan yang sempurna mengalami kegagalan dan Luna 5 disahkan terhempas di permukaan bulan. Tapak pertama kejadian tragedi terhempas direkodkan pada kedudukan 31°S 8°W (lembah Mare Nubium), tetapi kemudian lokasi kejadian dianggarkan di kedudukan 8°N 23°W (berhampiran Copernicus). Ini merupakan kapal angkasa Soviet yang kedua yang berjaya memasuki orbit bulan selepas projek Luna 2 pada tahun 1959.