Tras recuperarse en la ciudad ficticia de Castrovalva (en realidad una elaborada trampa creada por su archienemigo, el Amo), continuó sus viajes con Tegan Jovanka, Nyssa y Adric.
Inicialmente sus viajes se centraron en devolver a Tegan al Aeropuerto de Heathrow a tiempo para su primer día como azafata, pero la TARDIS se equivocaba continuamente de destino y Tegan decidió finalmente quedarse en la TARDIS.
Después de viajes al futuro y al pasado encontrándose villanos como Monarch y Mara, el Quinto Doctor se enfrentó a la tragedia cuando Adric murió intentando detener un trasbordador espacial que se iba a estrellar en la Tierra prehistórica (Earthshock).
Allí el Doctor y Nyssa dejaron a Tegan asumiendo que ella querría quedarse (cuando en realidad ya no quería hacerlo).
Poco después, Nyssa se fue para ayudar a curar la enfermedad de Lazar en la estación espacial Terminus.
Finalmente, el Quinto Doctor y su última acompañante, Peri Brown, se vieron expuestos a la droga spectrox en una forma letalmente tóxica en Androzani Minor.
Con sólo una dosis del antídoto disponible, él sacrificó noblemente su propia existencia para salvar a Peri, regenerándose en el Sexto Doctor, no sin antes expresar duda por primera vez de que la regeneración fuera a ser posible.
Podía descifrar los ingredientes de una bebida sólo con olerla, y el romero le hacía estornudar.
Este Doctor aborrecía tremendamente la violencia, y muchas veces vacilaba al encargarse de los asuntos con sus propias manos.
No perdió la oportunidad de probar con acompañantes como Turlough y Kamelion, que originalmente habían sido amenazas, incluso aunque fingiera no saberlo al principio para darles la oportunidad de hacer lo correcto.
Solía llevar un sombrero panamá con una banda negra con piedras brillantes que se podía quitar y meter en un bolsillo del abrigo.
Dijo en The Caves of Androzani que el apio se volvería morado en presencia de ciertos gases en el rango "Praxis" a los que era alérgico, aunque esta alergia no había sido mencionada por ninguna otra encarnación anterior o posterior.
Patrick Troughton, que interpretó al Segundo Doctor, le aconsejó a Davison quedarse en el papel tres años, y siguiendo ese consejo, Davison le dijo al productor John Nathan-Turner que abandonaría el papel después de la temporada 21.
Davison volvió al papel brevemente en el especial benéfico de 1993, Dimensions in Time.