В ряды Рабоче-крестьянской Красной Армии Л. Н. Пономаренко был призван Юргинским районным военкоматом Новосибирской области в сентябре 1939 года. Срочную службу начал рядовым в 266-м стрелковом полку 93-й стрелковой дивизии Забайкальского военного округа. Дивизия в тот момент находилась в полной боевой готовности на станции Даурия с целью отражения возможной японской агрессии. Но её участия в боевых действиях не потребовалось. После разгрома японских милитаристов на реке Халхин-Гол в октябре 1939 года дивизия вернулась к месту постоянной дислокации в Антипиху. Вскоре Леонида Николаевича направили на учёбу в окружную школу младших авиационных специалистов в Читу. По окончании учёбы он продолжил службу в своей части в должности помощника командира взвода.