Фирма «Martin» получила известность благодаря своей летающей лодке РВМ Mariner, которая превосходно показала себя во всех боевых действиях. В 1944 году «Martin» начала разработку летающей лодки для замены Mariner. Новый самолет был на 2,44 м длиннее предыдущего, на 1,52 м выше и имел фюзеляж в виде однореданной лодки, что позволило увеличить его вместимость. Согласно контракту от 26 июня 1946 года «Martin» превратила усовершенствованный РВМ-5 Mariner в прототип нового самолета. В дополнение к модифицированному фюзеляжу конструкция включала в себя запатентованные фирмой подводные крылья и пару водных тормозов, выступающих в нижней задней части корпуса. Эти плоскости, управляемые педалями руля направления, были способны уменьшить радиус разворота летающей лодки с 245 до 90 м.
В конце 1940-х годов адмиралы Пентагона опасались, что их суда могут быть потоплены советскими подводными лодками. Представления Запада о количестве (600-800) советских субмарин были весьма преувеличены. Самым эффективным противолодочным средством считалась летающая лодка, оснащенная РЛС, эхолотом и различным вооружением. Поэтому с учетом этих требований фирма «Martin» и начала выпуск первых 25 самолетов Р5М Marlin в 1950 году.
Самолет Marlin легко узнаваем благодаря своей особой форме носовой части, вмещающей РЛС обнаружения AN/APS-44A. Экипаж состоял из семи человек: пилот, второй пилот, штурман, радист, два оператора электронного оборудования и стрелок хвостовой пулеметной установки. Marlin не был герметизирован, и экипажи жаловались, что спальный отсек, в отличие от Mariner, не имел звукоизоляции.
Р5М начал службу в Сэнгли-Пойнт (Филиппины) в 1954 году. В том же году самолеты использовались на Средиземноморском ТВД при поддержке плавбазы гидросамолетов ВМС США «Карритак» (AV-7). Со временем ВМС насчитывали шесть баз категории AV, пять меньшей категории AVP и одну субмарину ВМС «Гуавина» (AO(SS)-362), переделанную для базирования гидросамолетов. Обе модификации, Р5М-1 и Р5М-2, использовались в 1950-х годах в одних и тех же эскадрильях.
В 1957-1959 годах ВМС США приняли многообещающую и дорогостоящую программу по улучшению противолодочных возможностей (ASW) парка самолетов Marlin и внесению структурных изменений в систему их эксплуатации. Самым значительным изменением была установка электронного оборудования Julie/Jezebel и бортовой комплексной дисплейной системы (AIDS).
Julie ЕСМ представляла собой систему гидролокации с использованием взрывов, высчитывающую местонахождение подлодки и отражающую его на дисплее оператора. Jezebel — система обнаружения, использующая гидроакустические буи для поиска, распознавания и классификации подводных целей. AIDS — система сбора данных, получающая информацию от других противолодочных систем самолета Marlin, включая аппаратуру для магнитного обнаружения (MAD), установленную на передней кромке киля самолета Р5М-1 или кромке Т-образного хвостового оперения Р5М-2. Модифицированный самолет получил обозначение P5M-1S и P5M-2S.
Для наблюдения и координации при решении задач ASW с новым оборудованием на модифицированном Marlin появился новый член экипажа (ТАССО) — офицер по координации тактических вопросов, не имеющий летной квалификации. Со времен Marlin в ВМС США появилась категория «военно-морской летно-технический состав без квалификации пилота», а термин ТАССО сохранялся и на недавно вышедших из эксплуатации противолодочных самолетах Lockheed S-3B Viking.
В то время как ВМС США активно использовали Marlin для отслеживания советских подлодок, береговая охрана решала с их помощью поисково-спасательные задачи. Она приняла в эксплуатацию семь самолетов P5M-1G и четыре P5M-2G, идентичных самолетам ВМС, но без противолодочного оборудования. В отличие от ВМС береговая охрана регулярно сажала Marlin в открытом океане для спасения жертв катастроф.
В мае 1951 года один из прототипов XP5M-1 был возвращен на фирму Martin для переделки в демонстратор. Экспериментальный самолет, получивший обозначение M-270, был закончен ровно через год. Данные полученные при его испытании использовались при разработке P6M Seamaster.
Франция, получившая 10 летающих лодок Р5М-2, стала единственным заграничным эксплуатантом этих машин. Самолеты предназначались для замены устаревших Sunderland MR.Mk 5 и в апреле 1957 года поступили в 27-ю флотилию в Дакаре, Французская Западная Африка (ныне Сенегал). Они составили ядро новой противолодочной эскадрильи, действовавшей позже в качестве подразделения НАТО совместно с союзными ВМС.
Французские Marlin действовали в экстремальных условиях тропической жары и влажности, часто осуществляя патрулирование в течение 14 часов. Они были менее вместительны, чем Sunderland, и, по мнению французских механиков, более сложными в обслуживании. Не считая столкновения двух самолетов в море, не приведшего к серьезным поломкам, Франция использовала Marlin безаварийно.
Французские Marlin изначально окрашивались в серо-зеленый цвет, а ниже ватерлинии — в белый, с «якорем» — эмблемой ВМС — на руле направления, но иногда сверху добавлялась белая отражающая панель. Франция использовала эти машины до августа 1964 года, когда после решения выйти из организационных структур НАТО вернула их ВМС США.
Начиная с февраля 1965 года, Marlin участвовали в операции «Market Time», вылетая с Филиппин и патрулируя побережье Вьетнама. Взлеты осуществлялись с использованием стартового ускорителя (метод JATO). Самолеты часто были вооружены двумя пулеметами М60, установленными в дверном проеме, и 127-мм неуправляемыми ракетами HVAR, установленными под крылом. Их основной задачей было обнаружение целей и наведение на них других ударных машин. Последний полет у берегов Вьетнама был выполнен эскадрильей VP-40 в 1967 году. А 6 ноября того же года SP-5B вылетел из Северной Исландии в свой последний патрульный полет. Вскоре все эти элегантные летающие лодки, кроме одной, были разрезаны на металлолом.
8 или 12 июля 1968 года последний Marlin перелетел из Исландии на авиабазу в Патуксент Ривер, Мэриленд. Этот самолет был сохранен в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне. Затем его перевезли в Национальный Музей морской авиации в Пенсаколе (Флорида), где он хранится и сейчас.