В августе — сентябре 1943 года лётчик 1-й эскадрильи 74-го гвардейского штурмового авиационного полка П. Я. Поляков участвовал в Донбасской стратегической операции, в ходе которой войска Красной Армии освободили Донбасс. В ходе Мелитопольской фронтовой операции Южного (с 20 октября 1943 года — 4-го Украинского) фронта подразделения 1-й гвардейской штурмовой авиационной дивизии поддерживали наступление частей 51-й и 28-й армий, содействовали прорыву «Восточного вала» на реке Молочной и освобождению города Мелитополя. В ноябре 1943 года, несмотря на плохие метеоусловия, Павел Яковлевич совершил несколько успешных боевых вылетов, приняв участие в боях на никопольском плацдарме и за освобождение Крымского полуострова. В ходе Никопольско-Криворожской операции в январе — феврале 1944 года он участвовал в ликвидации никопольского плацдарма противника.