24 апреля 1944 года Западный фронт был преобразован в 3-й Белорусский фронт, и его войска начали подготовку к операции «Багратион». Перед началом Белорусской стратегической наступательной операции 371-я стрелковая дивизия была включена в состав 5-й армии, а капитан П. И. Пономарёв был назначен на должность начальника артиллерии 1233-го стрелкового полка. Освобождение Белоруссии 3-й Белорусский фронт начал Витебско-Оршанской операцией. 23 июля 1944 года после мощной артиллерийской подготовки 1233-й стрелковый полк прорвал оборону противника на своём участке в районе деревни Высочаны и устремился в прорыв. Несмотря на труднопроходимую местность, начальник артиллерии полка капитан Пономарёв сумел обеспечить быстрое продвижение артиллерии и в ходе наступления оказал существенную поддержку стрелковым частям. В тот же день подразделения полка вышли к реке Лучёсе, и сходу форсировав её, захватили плацдарм на левом берегу. При отражении контратак противника на захваченном плацдарме капитан Пономарёв личным примером воодушевлял бойцов, поднимал их боевой дух. Павел Иванович выдвинул свои орудия на прямую наводку и лично из пушки расстреливал немецкую пехоту. Когда сопротивление противника было сломлено, он поднял полк в атаку и одним из первых ворвался в деревню Лучёса, уничтожив в ходе боя 20 немецких солдат.