Die Sowjetunion nutzte auch das 1969^er Startfenster, um zwei Raumsonden zur Venus zu starten. Nachdem die 1967 gestartete Sonde Venera 4 nur 4 min lang Meßdaten aus der Venusatmosphäre übertragen hatte, wurde das Design der nächsten beiden sowjetischen Venus Lander überarbeitet. Die Kapseln der Sonden vom Typ 2 V konnten jetzt Beschleunigungen bis 500 g überstehen und waren auch für etwas höhere Drücke und Temperaturen ausgelegt. Um einen schnelleren Abstieg durch die Atmosphäre zu ermöglichen, wurde die Größe des Fallschirms reduziert. Warum man allerdings die Kapsel noch immer nicht stabil genug auslegte, um dem von amerikanischer Experten berechneten Druck von 100 bar auf der Planetenoberfläche zu widerstehen, ist umstritten. Allgemein wird angenommen, daß man den Werten mißtraute. Nicht unwahrscheinlich ist aber auch, daß man eine entsprechend stabile Kapsel nicht leicht genug fertigen konnte, um innerhalb der engen Massenvorgaben zu bleiben. Denn schon in der jetzigen Auslegung war ihr Gewicht um 33 kg gestiegen. Das ließ sich nur kompensieren, indem beim Venera-​Bus auf das SG-​59 M Magnetometer verzichtet wurde. Nachdem Venera 4 erste Daten zur Zusammensetzung der Venus-​Atmosphäre geliefert hatte, konnte man immerhin die Analysetechniken für die 1969^er Doppelmission verfeinern.
Die erste Sonde des neuen Typs, Venera 5, startete am 05.01.1969 mit einer Trägerrakete vom Typ Molnija-​M 8K78M mit Block-​L Beschleunigungsstufe. Am 14.03.1969 erfolgte eine Kurskorrektur. Der interplanetare Flug, während dessen die Sonde Daten zum Sonnenwind übertrug, verlief weitgehend planmäßig. Am 16.05.1969 erreichte die Sonde die Venus und stieß in 37.002 km Entfernung die Landekapsel aus, die über Druck-​, Temperatur– und Atmosphärendichtesensoren, ein Photometer, Funkhöhenmesser und elf Gasanalysegeräte verfügte. Dazu kamen die offenbar unvermeidlichen aus Leichtmetall gefertigten Wimpel mit dem sowjetischen Staatswappen und einem Lenin-​Relief. Trotz der gegenüber Venera 4 auf 30% reduzierten Fallschirmgröße blieb der Landekörper aber auch diesmal in der dichten Atmosphäre stecken. Die für einen Druck von 25 bar und eine Umgebungstemperatur von 290±10 °C ausgelegte Kapsel übermittelte als letzte Meßwerte einen atmosphärischen Druck von 27,5 bar bei einer Außentemperatur von 327 °C. Zur Höhe über Grund gab es zunächst widersprüchliche Interpretationen der Radarmeßwerte. Schließlich bestätigten sich aber doch die 17…18 km statt der etwa 26 km nach anderen Interpretationen. Immerhin konnten für 53 min Meßdaten übermittelt werden. Damit war zwar das ultimative Ziel, die Landung auf der Venus, wieder nicht erreicht worden, die Mission lieferte aber dennoch erstmals eine Vielzahl konkreter Meßwerte aus der Planetenatmosphäre.