В 1940 году Пётр Полоз окончил Липецкие высшие авиационные курсы усовершенствования, после чего продолжал службу в строевых частях ВВС в Одесском военном округе. Участвовал в Великой Отечественной войне, с июня 1941 года по июнь 1942 года служил командиром авиаэскадрильи 69-го истребительного авиационного полка (Южный фронт, Отдельная Приморская армия). Участвовал в обороне Одессы. За время войны совершил несколько десятков боевых вылетов на истребителе И-16, лично сбил несколько самолётов. Был ранен в ногу. За мужество и героизм, проявленные в боях с немецко-фашистскими захватчиками, старшему лейтенанту Петру Варнавовичу Полозу указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 февраля 1942 года присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 983).