След смъртта на полковник Николай Шлитер в Трета атака на Плевен, полковник Пантелеев е назначен на 10 септември 1877 г. за командир на 17-и пехотен Архангелогородски полк. С полка участва в обсадата на Плевен в 6-и блокаден участък край Долна Митрополия. На 28 ноември/10 декември 1877 г. участва в битката при Долна Митрополия, свършила с пленяването на Плевенския гарнизон и Осман паша. На 4/16 януари 1878 г. участва в битката при Пловдив, завършила с освобождението на града. От май 1878 г. е командир на 1-ва бригада от 5-а пехотна дивизия в състава на 9-и армейски корпус.