Лётчиком-истребителем участвовал в Советско-японской войне в составе 38-го гвардейского истребительного авиаполка 12-й штурмовой авиадивизии Тихоокеанского флота (август—сентябрь 1945 года), затем проходил службу в частях авиации ВМФ СССР.
С 1956 года учился в Военно-воздушной академии (ныне имени Ю. А. Гагарина), которую окончил в 1959 году.
В 1960 году был зачислен в отряд космонавтов. Среди набранных лётчиков был самым старшим по возрасту, по званию (майор) и по должности (командир эскадрильи). Внутри группы был единственным, кого коллеги именовали по имени и отчеству[8]. Проходил подготовку к полётам на кораблях типа «Восток» и «Восход».
18—19 марта 1965 года совершил космический полёт в качестве командира корабля «Восход-2». Во время полёта второй пилот корабля А. А. Леонов впервые в мире осуществил выход в открытый космос. На заключительном этапе полёта, когда вышла из строя система ориентации корабля и стала невозможной посадка в автоматическом режиме, Беляев вручную сориентировал корабль и включил тормозную двигательную установку. Эти операции были выполнены впервые в пилотируемой космонавтике[9]:77.
В последующие годы проходил подготовку к полётам на кораблях типа «Союз».
Умер 10 января 1970 года от интоксикации организма вследствие гнойного перитонита[5] после перенесённой хирургической операции. Похоронен на московском Новодевичьем кладбище.
Космонавт увековечен в скульптурной композиции «Павший астронавт» — художественной инсталляции на Луне.
Ежегодно во второй половине августа в Череповце проводится хоккейный турнир, носящий имя П. И. Беляева[15]. Идея его проведения возникла с вводом в строй спортивно-концертного комплекса «Алмаз» в 1971 году. В 2007 году турнир перенесён из СКК «Алмаз» в Ледовый дворец.
↑Аргунов О., Власов В. Земные тропы космонавтов // журнал «Охота и охотничье хозяйство», № 4, 1966. стр.38-39
↑Кулёмин И. Г., Сентемова Л. Ф., Ислентьева Р. А. Герои Советского Союза, Герои Российской Федерации, полные кавалеры Ордена Славы — наши земляки. — Ижевск: Удмуртия, 1995. — С. 212. — 272 с. — ISBN 5-7659-0639-7.
↑С человеком на борту. — М.: Сов. писатель, 1985; Воениздат, 1990.