К 1941 году промышленность уже не справлялась с обеспечением M3A авиационными двигателями, что заставило искать им подходящую замену. 6 июня 1941 было одобрено производство прототипа, оснащённого двумя автомобильными двигателями «Кадиллак» с автоматической коробкой передач, получившего обозначение M3E2. Башня прототипа была аналогична модификации M3A1. Новой машине 13 ноября того же года было присвоено обозначение M4. Позже прототип M3E2 был оснащён сварным корпусом из гомогенной стальной брони с наклонным лобовым листом, получив обозначение M3E3 и в таком виде послужил основой для серийного танка. Тем временем, с февраля 1942 года началось производство нового среднего танка M4 «Шерман», и чтобы избежать путаницы, лёгкий танк получил новое название — M5, под которым он и был запущен в производство в апреле 1942 года. Всего до окончания серийного производства в декабре того же года было выпущено 2074 танка этой модификации, в том числе 1470 на заводах «Кадиллак» в Детройте и Мичигане, 354 на заводах «Дженерал Моторс» в Саузгейте и 250 на заводах компании Мэсси Харис.

Тем временем, было начато производство модификации M3A3, которая помимо корпуса по типу M5, получила множество других нововведений, включая новую башню с кормовой нишей. Вариант M5, оснащённый ею, 24 сентября 1942 года получил обозначение M5A1 и вскоре начал заменять M5 на сборочных линиях. До окончания серийного производства в апреле—июне 1944 было выпущено 6810 танков этой модификации, ставшей самой массовой версией «Стюарта».

С появлением M5A1, M5 были классифицированы как «ограниченно стандартные», сами же M5A1 перешли в эту категорию в июне 1944, с появлением более современного лёгкого танка M24 «Чаффи», но несмотря на это, активно использовались до самого конца войны.