В 1933 году был призван на службу в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. В 1935 году Бирюков окончил 11-ю военную школу пилотов имени Пролетариата Донбасса в Ворошиловграде. Летал на самолётах Р-1, ТБ-3, Р-5, ДБ-3, У-2. Принимал участие в советско-финляндской войне, на которой выполнил 14 боевых вылетов, неоднократно приводил на свой аэродром повреждённый финской зенитной артиллерией самолёт. На этой войне был награждён своим первым орденом. В 1941 году вступил в ВКП(б). К июню 1941 года служил в 42-м дальнебомбардировочном авиационном полку в Закавказье.