С января 1940 года лейтенант П. А. Пологов участвовал в Советско-финской войне в составе 38-го истребительного авиационного полка Северо-Западного фронта, в ходе которой он преимущественно выполнял боевые задачи по штурмовке наземных войск противника и его оборонительных объектов, в том числе и линии Маннергейма. За участие в Зимней войне Павел Андреевич был награждён орденом Красной Звезды. После её окончания лейтенант П. А. Пологов был переведён в 149-й истребительный авиационный полк 64-й авиационной дивизии ВВС Киевского особого военного округа. Перед началом Великой Отечественной войны полк дислоцировался на аэродроме в Черновицах.

  22 июня 1941 года аэродром в Черновицах подвергся бомбардировке. Вся материальная часть полка, за исключением дежурного звена, была уничтожена. Лётный и технический состав был вывезен на аэродром в селеБродок, с которого 29 июня 1941 года начал участвовать в боевых действиях. За время войны Алексей Павлович воевал почти на всех типах истребителей: И-16, И-153 бис, МиГ-3, ЛаГГ-3, Ла-5, Як-1, Як-7Б и Як-9. В начале августа 1941 года полк, в котором служил Павел Андреевич, был передан из состава Юго-Западного фронта на Южный фронт. За время боевой работы в полку несмотря на нехватку самолётов и топлива лётчик П. А. Пологов совершил 178 успешных боевых вылетов и в воздушных боях сбил один немецкий самолёт (Ю-87) и ещё 2 в составе группы (Ю-88 иМе-109). 30 августа 1941 года лейтенант А. П. Пологов в воздушном бою был тяжело ранен в ногу и эвакуирован в харьковский госпиталь. Однако в связи с наступлением немецко-фашистских войск госпиталь пришлось срочно эвакуировать на Южный Урал в Оренбург, где Павел Андреевич был наконец прооперирован. В результате лечение шло долго, и его хотели определить на преподавательскую работу в запасной авиационный полк. Но Павел Алексеевич настоял на отправке на фронт.

  В марте 1942 года старший лейтенант П. А. Пологов был направлен в находившийся на переформировании 737-й истребительный авиационный полк и был назначен на должность штурмана полка. 24 мая 1942 года полк прибыл на Брянский фронт на аэродром Плавск и был включён в состав 207-й истребительной авиационной дивизии 3-го смешанного авиационного корпуса. В течение июня 1942 года Павел Андреевич совершил 21 успешный боевой вылет, в любых условиях обеспечивая выход групп истребителей на заданную цель. Трижды в составе группы он участвовал в сопровождении штурмовиков Ил-2 и не допустил ни одной атаки вражеских истребителей на штурмовики. В воздушных боях в составе группы за этот период П. А. Пологов сбил 3 немецких истребителя Ме-109. 23 июня 1942 года старший лейтенант Пологов участвовал в штурмовке брянского аэродрома противника, в ходе которой было уничтожено 25 немецких самолётов, ангар и склад с топливом.

  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.

   В марте 1943 года 737-й истребительный авиационный полк включался в состав 291-й штурмовой авиационной дивизии 16-й воздушной армии, а затем вернулся в состав 207-й истребительной авиационной дивизии, сражавшейся в составе 3-го смешанного авиационного корпуса 17-й воздушной армии Юго-Западного фронта. П. А. Пологов, в начале апреля 1943 года ставший майором, к июлю 1943 года совершил 365 боевых вылетов и в 90 воздушных боях лично сбил 18 самолётов противника и ещё 12 в составе группы. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 2 сентября 1943 года майору Пологову Павлу Андреевичу было присвоено звание Героя Советского Союза.

  7 июля 1943 года в самом начале Курской битвы Павел Андреевич был вызван в штаб корпуса, где ему досрочно присвоили звание подполковника и зачитали приказ о назначении на должность командира 163-го истребительного авиационного полка 273-й истребительной авиационной дивизии 6-го истребительного корпуса 16-й воздушной армии Центрального фронта. В этой должности в июле-августе 1943 года Павел Андреевич принимал участие в Курской битве. До середины осени 1943 года полк под командованием подполковника П. А. Пологова участвовал в боевых действиях в небе Орловской и Брянской областей, а также восточных районовБелоруссии. В ноябре 1943 года полк был выведен для отдыха и пополнения в Харьковский военный округ на аэродром Рогань.

Герой Советского Союза подполковник П. А. Пологов у боевого самолета