В июле 1942 года дивизия, в которой служил П. А. Пологов, ставший в скором времени капитаном, была передана на Воронежский фронт и осуществляла прикрытие наземных войск в ходе Воронежско-Ворошиловградской операции. В ноябре 1942 года 737-й истребительный авиационный полк был передан в состав 227-й штурмовой авиационной дивизии 2-й воздушной армии и, действуя на Юго-Западном фронте, обеспечивал прикрытие штурмовиков в ходе Среднедонской операции. В январе 1943 года полк был возвращён на Воронежский фронт и вошёл в состав 205-й истребительной авиационной дивизии. Действуя в составе Южной оперативной группы 2-й воздушной армии, полк осуществлял прикрытие 3-й танковой армии в ходе операции «Звезда». В этот период Павел Андреевич не только участвовал в боевых вылетах по сопровождению штурмовиков и прикрытию наземных войск, но и привлекался к разведывательным полётам. Во время одного из таких полётов он обнаружил идущую к фронту колонну немецких танков и сосредоточение вражеской пехоты, что позволило командованию своевременно принять меры по отражению предстоящего немецкого наступления.